模电课程设计实验报告.doc

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1、 模拟电子线路基础 课程设计实验报告姓名学号：专业：通信工程班级：11级02班组别：第39组组员:指导老师： 目录一、设计题目：集成直流稳压电源设计1. 设计指标及要求 .第2页2. 设计方案.第24页3. 实验电路的设计步骤及参数计算.第46页4. 硬件调试过程及测试指标.第68页5. 结果分析及工作小结.第8页6. 参考文献.第9页7. 附录 元件明细表、所用仪器.第9页二、设计题目：自动增益切换的电压放大电路1. 设计指标及要求.第10页2. 设计方案.第1011页3. 实验电路的设计步骤及参数计算.第1114页4. 硬件调试过程及测试指标.第1415页5. 结果分析及工作小结.第16页

2、6. 参考文献.第16页7. 附录 元件明细表、所用仪器.第17页三课程设计总结及心得体会.第18页 设计题目一：集成直流稳压电源设计1、 设计指标及要求1.1设计目的 1)学会根据需要选择模拟器件，本次实验就需要选择合适的变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；2)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。1.2设计任务 利用集成稳压器CW317设计一小功率直流稳压电源。1.3指标要求 1）输出电压能同时提供正、负电压；输出幅度连续可调； 2）输出电流； 3）纹波电压的有效值； 4）稳压系数； 5）输入电压（有效值）。2. 设计方案2.1工作原理 直流稳压电源是一种

3、将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：其中， 1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比P2/P1=n，式中n是变压器的效率。 2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波

4、等。 (3) 4）稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。2.2设计考虑集成稳压器的选择： 方案一: 采用7805三端稳压器电源：固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+5V,它属于CW78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容,如果采用电解电容,则电容量要比其它的数值要增加10倍,但是它不可以调整输出的直流电源；

5、所以此方案不易采用。方案二:采用CW317可调式三端稳压器电源：CW317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路；由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:。由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好,所以此此方案可选,此电源就选用了CW317三端稳压电源,也就是方案二。3. 实验电路的设计步骤及参数计算3.1选集成稳压器，确定电路形式： 选可调式三端稳压器CW317，CW317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比

6、。可调整输出电压低到1.2V，保证1.5A输出电流，典型线性调整率0.01%，80dB纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。 可调式三端稳压器CW317，其特性参数,最小输入、输出压差，最大输入、输出压差。组成的稳压电源电路如下图所示。由公式，可取，则，故取为4.7k的精密线绕可调电位器。3.2选电源变压器： 由公式可得输入电压的范围为 9V+3V3V+40V 12V43V副边电压/1.1=12/1.1V,取=11V,副边电压=0.8A,取=1A，则变压器副边输出功率=11W。变压器的效率=0.7，则原边输入功率/=15.7W。为留有余地，选功率为20

7、W的电源变压器。3.3选整流二极管及滤波电容： 整流二极管D选1N4001，其极限参数为,。满足，的条件。 滤波电容C可由滤波电压和稳压系数来确定。已知,=5mA,=0.003，则由公式得稳压器的输入电压的变化量为： 由公式 代入数据得C=3636uF；电容C的耐压应大于=15.4V。故取2只2200uF/25V的电容相并联，如电路图中、所示。3.4.直流稳压电源实验电路如下： 直流稳压电源实验电路4. 硬件调试过程及测试指标4.1电路的安装与调试： 首先应在变压器的副边接入保险丝FU，以防电路短路损坏变压器或其他器件，其额定电流要略大于，选FU的熔断电流为1A，CW317要加适当大小的散热片

8、。先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。对于稳压电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。其输入端加直流电压，调节，输出电压随之变化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压应为。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电压为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。对于所示的稳压电路，测试工作在室温下进行，测试条件是（滑线变阻器）。4.2电路的测试结果：下图为面包板上的连接结果： 通过调节滑动变阻器，使得输出电压在一定范围内连续变动。1）实

9、验的输出直流波形如下所示：2）用万用表测得的对应滑动变阻器的某个阻值时输出电压的大小如下所示：3） 将实验所得的数据记录在下表中：Vo1（测得对应的=838）输出电压5.87VVo2（测得对应的=450）输出电压3.46VVo min最小输出电压1.53VVo max最大输出电压25.4V根据所得实验数据可知：在误差允许的范围内，本设计达到所需的要求。5.结果分析及工作小结 在这次设计实验的过程中，我们从一开始就出现了很多问题，比如电容爆炸，CW317烧坏等，不断地找错，纠错，着实让我们很苦恼，费了很大的精力，不过最终还是在我们的不懈努力和请教他人下，都一一成功地克服了。下面就我们实验过程中遇

10、到的几个典型的错误进行分析并总结下： 1）按照电路图将器件安装在面包板上的时候一定要认真细心，不要漏接、错接。我开始就是由于少接了根线，使得输出什么波形都没出来，重新检查了几遍才发现了错误。而且在安装的过程中，要注意二极管和电解电容的极性不能接反。 2）在测试时不能先安装上负载，否则可能会使得电路爆炸，最有可能的就是电容由于承受不了过大的电流而爆炸。 3）CW317的三个引脚接线要注意。1是接地，2是接输入，3才是接输出，2、3不能弄反，否则在接通电源后CW317就会由于通过的电流过大而烧掉。 4）不论怎么调节滑动变阻器，测量出的输出电压的数值总是超过了所需设计的范围。后分析电路发现是由于所选

11、的的阻值太大造成的，换成240的电阻后输出结果就正常了。6参考文献 1 谢自美. 电子线路设计.实验.测试M. 武昌:华中理工大学出版社2康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社3张丽华、刘勤勤等.模拟电子技术基础仿真、实验与课程设计.西安电子科技大学出版社原件序号型号主要参数数量T变压器12V1D1D2D3D4二极管1N4001,1A4FUSH熔断丝1A1C3电容10uF1C1 C2电容2200uF1C0电容1uF1R1电阻2401Rp1电位器4.7K1U三端稳压器LM317可调范围1.2537V1COS5020双踪示波器1UT2003数字万用表9/2位1自耦变压器1DA-16交流毫伏表1

12、7.附录 元件明细表、所用仪器设计题目二：增益自动切换的电压放大电路1设计指标及要求1.1设计目的1） 学会利用通用型集成模拟器件设计简单模拟系统的方法；2） 掌握对多级电路组成的系统进行调试的方法。1.2设计任务： 利用通用型集成运放和模拟开关设计一个能自动切换的电压放大器。已知：输入是正弦交流信号，其幅度最大值为2V，频率为200Hz，集成运算放大器自选，模拟开关用CD4052或CD4066。1.3指标要求： 1）当0vi0.5V时，放大电路的增益约为10倍； 2）当0.5Vvi1.0V时，放大电路的增益约为5倍； 3）当1.0Vvi2.0V时，放大电路的增益约为2.5倍； 4）增益切换自

13、动完成，并有增益指示电路。2设计方案2.1 方案考虑： 增益自动变换的放大器有多种实现方法，如在计算机控制系统中，智能仪器电路中放大器的争议自动控制往往是通过编程软件实现的，可编程控制的放大器通常是由集成运放和模拟开关组成的。通过编制不同的代码来控制模拟开关的工作状态，就可改变放大器的增益。一般我们选用模拟开关CD4052或CD4066来控制。2.2工作原理：1)工作原理方框图如下：可调节分压电路输出同向放大电路 模拟开关控制信号形成电路2)各部分电路工作原理： 1.采用可调节分压电路，通过选择合适的电阻和电位器搭配获得合适的输入电压。2. 控制信号形成电路： 根据输入信号的分界值设定电压比较

14、器的基准电压VREF，再与输入的待测信号相比较，决定它们的输出电平是高电平还是低电平，并形成控制信号。3. 增益的控制： 集成运算放大器与相关的电阻构成同相比例放大电路。调整接于运算放大器输出端与反相端之间的反馈电阻，即可控制电压增益。用模拟开关来切换反馈电阻。4. 模拟开关的控制： 模拟开关的工作状态，由两个电压比较电路组成的控制信号形成电路来控制。根据输入信号的分界值设定电压比较器的基准电压，输入的待测信号与之相比较，决定它们的输出电平是高电平，还是低电平，并形成控制信号控制模拟开关接通相应的反馈电阻。3.实验电路的设计步骤及参数计算 3.1.电器元件的确定： 由知，设定R1=10k， 当

15、增益为10倍时，Rf约为90k，即为R2=90k； 当增益为5倍时，Rf约为40k,即为R3=90k； 当增益为2.5倍时，Rf约为15k，即为R4=15k。我们设定电压比较器时输入为12v的直流电压，当4052工作在不同状态时，连接不同，在输入02v之间时，我们设定4052的A,B端电压为1v和0.5v，设为VRFE1和VRFE2,则电压比较器接地电阻我们可以设定为10k,即R5=R6=10k。在与12v连接处用电位器Rp来调节。此时对应输入的三种状态为00,01,11，按此连接电路。 1）集成运放：根据任务要求，考虑到输入信号频率较低，故采用通用型运放LM324（四运放）。LM324引脚图

16、：2） 模拟开关：根据设计任务要求，要在三个不同的增益值间进行切换，故采用双路四选一的双向模拟开关CD4052。CD4052的功能引脚图： 模拟开关真值表： 3）参数计算： S3接通时，增益Av=(1+R4/R1)=10，取R1=10K，则R4=90K,取标称值100K。同理R3=40K,R2=15K。 为了使VRFE1和VRFE2满足题目要求：R5=R6=5.1K，取标称值10K。 3.2电路图设定为： 用电压比较器进行自动增益切换的放大器3.3电路的工作原理分析：1）增益的自动控制 运算放大器A1与相关的电阻构成同相比例放大电路。其电压增益Av=(1+Rf/R1)，Rf为接于运算放大器输出

17、端与反相端之间的反馈电阻。改变Rf(或R1)，即可控制电压增益。图中用模拟开关来切换反馈电阻Rf。当开关S1闭合(S2，S3断开)时，电压增益Av=(1+R2/R1)。类似地，当S2或S3单独闭合时，电压增益Av=(1+R3/R1)或Av=(1+R4/R1)。2）输入信号的幅度鉴别 运算放大器A2，A3作为电压比较器。它们的一个输入端分别加基准电压VRFE1和VRFE2，这两个基准电压从RW1，R5，R6组成的分压器获得。输入信号Vi同时加在A2，A3的正输入端。A2，A3分别将Vi与VRFE1、VRFE2进行比较，决定它们的输出A，B是高电平，还是低电平。由A，B电平的高低可判断出输入信号处

18、于什么范围：ViVRFE1，VRFE1ViVRFE2。这样，用A、B两个开关信号控制模拟开关的工作状态，切换反馈电阻即可实现增益的自动控制。3）模拟开关的工作原理采用CMOS模拟开关CD4052可以实现电压增益的自动切换。两路开关的工作状态由控制信号A1、A0来决定，。当A1、A0都是低电平时，X接通X0，Y接通Y0；当A1为低电平，A0为高电平时，X接通X1，Y接通Y1；当A1为低电平，A0为高电平时，X接通X2，Y接通Y2；当A1、A0都是高电平时，X接通X3，Y接通Y3。这样控制A1、A0的电平即可实现四选一功能。3.4电路的估算结果： 当时，输出应该在05v之间；，输出应该在2.55v

19、之间；，输出应该在2.55v之间。4硬件调试过程及测试指标4.1电路安装，检查：在电路设计好之后，在面包上按图进行布线安装时应注意：1）按照信号流方向顺序安装，个单元电路元件要相对集中，前后级分明，便于检查调试；2）尽量少引线交叉，将输入和输出回路分开，避免自激。一般插板左端为输入，右端为输出，避免出面芯片漏接电源或接地；3）布线要有步骤地进行，一般是先布电源线和地线，然后按组装图从输入级、中间级到输出级依次连接好各元器件。在此条件下，尽量做到接线短、接线少。为方便测量，尽量使电源线和地线靠近电路板周边；4）插入时使所有集成电路（芯片）的插入方向一致，缺口朝左，所有引脚均对准插件电路板中央凹槽

20、两边的小孔，均匀用力按下，注意管脚不能弯曲；拔出时用专用拔钳夹住集成块两头，垂直往上拔起，以免集成块受损；5）注意正负电源的连接方式（提示：LM324用正负12V的双电源，CD2052的VDD=+12v，INH,VSS,VEE接地）；6）安装时，二极管，三极管注意极性，电阻电位器要检查阻值；7）安装完毕后，进行通电并将各级电路断开，分别检查同相比例放大器，电压比较器，模拟开关，输入与输出的关系以及端口是否接错。4.2性能指标测试： 在面包板上接好所有连线且无误后，进行系统性能测试。按图接入输入信号，并且调节RP使VREF2=1.0v左右，VREF1=0.5v左右，在ui小于0.5v时，A，B都

21、是低电平，电压增益为10左右，s1接通；当时，A，B分别是低，高电平，电压增益为5v左右，s2接通；当时，A,B都是高电平，电压增益为2.5左右。在得到输出之后，进行输入输出进行比值，再与理论进行比较，分析误差。下图为面包板上的连接结果： 下表是调试输入输出结果的可能值：Vcc/vVDD/vVEE/v Ui/vU0/vAV12.0012.00-12.050.1710.546212.0012.00-12.050.6810.5715.5412.0012.00-12.051.4310.647.4412.0312.03-11.880.272.7810.2912.0312.03-11.880.733.6

22、75.0212.0312.03-11.881.463.762.57测试结果分析：由前三组数据可知，数据出现错误，不是按照所要求的放大倍数分别在10v,5v,2.5v左右，并且输出一直为10.60v左右；在进行后三组实验时，可以知道在误差允许的范围内，基本达到实验要求标准。5 结果分析及工作小结对本实验过程中出现的问题以及输出结果进行分析并总结如下： 1）对于要求的不同增益与所选的电阻值要一一对应，要根据CD4052的引脚图正确接线，不然就会使得输出结果的放大倍数不是与输入电压相对应的。 2)对于复杂的线路连接，一定要先把实验原理搞清楚，这样在安装电路时才会做到心里有数，不会胡乱接线，从而避免不

23、必要的错误。并且由于接线比较多，要注意线路之间可能会因为接触而短路，使得电流值和电压值突然增大。 3)输出的电压值达不到所要求的放大倍数。这时要先检查三个控制开关处的接线错误，如果没有错误的话就应该是CD4052的某些引脚接的不对或者没插好，使得其不能正常工作。 4)由实验结果计算出增益偏大。这是由于实验没有考虑芯片的分压作用，即所选用的电阻偏大。还有计算时有些直接定值电阻直接选的标称值（如5.1K，取标称值10K），也会有影响。6参考文献 1 谢自美. 电子线路设计.实验.测试M. 武昌:华中理工大学出版社2康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社3张丽华、刘勤勤等.模拟电子技术基础仿真、

24、实验与课程设计.西安电子科技大学出版社7.附录 元件明细表、所用仪器元件序号 型号主要参数数量R1电阻10k1R2电阻91k1R3电阻39k1R4电阻15k1R5电阻10k1R6电阻10k1RP电位器10k1LM324集成运放1CD4052模拟开关1所用仪器：2台双路直流稳压源，一个万用表，一块面包板三 课程设计总结及心得体会通过这次模电课程设计实验，让我们更进一步地掌握了模电的基础知识，并学会了将其灵活地应用在实际电路中，意识到了在工程设计中元件的选择、布局，以及线路的合理连接的重要性，并锻炼了我们的实际动手能力。在整个实验过程中，我们小组成员有过欢笑，也有非常苦恼的时候。面对总是出错的电路

25、，我们总是认真思考电路，尽力去纠正，有的时候实在找不出原因，就会觉得很烦躁，不过最终还是在不懈地努力和坚持下，将问题一个个都解决了，迎来了我们爽朗的笑声。通过这次的实验让我深深地领悟到了：1） 实践出真知。平时我们都是埋头在书本里，掌握得只是一些理论上的知识，可就算是大脑里装的知识再多，不能将其应用于实践也是没用的，否则只能是纸上谈兵了。所以我们只有多动手去做，去实践，在一步步的操作过程中，根据电路的实际输出情况以及出现的问题，结合所学的理论知识加以分析并解决。这样才能将我们所学的知识学活，做到真的有实际应用价值。2） 要团结协作，有团队精神。多一个人，多一个思想，遇到问题时，首先要积极思考，

26、如果实在找不到错误所在，可以请教同学或老师，彼此交流想法和建议，从而找到最好的解决办法。同时有的实验是需要两个人配合才能更好地完成，此时就需要小组成员间的配合了，只有大家心往一处使，互帮互助，才能更大地发挥团队的优势，顺利地完成任务。3） 要有不懈坚持的恒心，并付之努力。在实验过程中，我们也遇到了很多难以解决困难，在经过很长时间的摸索、纠错后如果还是达不到我们所需的实验结果时，就会大大地降低我们的积极性，陷入苦恼中，甚至一度有不想再接着做下去的想法。不过我们最终还是抱着“就不相信我们做不出来”的决心重新拾起电路板，耐心地检查电路，测器件，并积极地查阅资料，请教他人，终于将问题一个一个排查出来并解决了。 这次的实验让我收获很多，不仅是知识的扩展，学会了很多实验方法，更是精神上的激励，促进我们更好的学习和掌握技能，同时也培养了我们的独立思考、动手操作的能力，在其他能力上也都要有所提高。 最后要感谢老师的耐心指导，给予了我们很大的帮助！18