模电课程设计加减法电路Word下载.docx

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3设计方框图

图3.1设计方框图

输入电压匚二〉运算放大器I输出电压

直流穩压电源

4各部分电路设计及参数计算

4.1第一级运算放大电路

4.1.1工作原理

电路分析：

上图所示电路为反相放大电路，将两个信号加到运算放大器反相输入端，R4为反馈电阻，R3为平衡电阻。

由于虚地、虚断及虚短定理，可求出输出电压。

此电路中利用输出电压V°

1通过反馈元件（R4）对放大电路起自动调整作用，从而牵制了V°

1的

变化，最后达到输出稳定平衡。

4.1.2参数计算

图4.1所示为反相输入的加法电路，它实质上是多端输入的电压并联负反馈电路。

由于虚地，有vn=vP=0；

此外，由于虚断，有in=iP=o，对节点N,有

V1.V1=_Vo1

R1一

R2R4

（4.1.1）

可得

Vo1

R

R1

R2

V2

（4.1.2）

由432节内容，R=50K「，R2=25K」，R4=100K」，故满足下列关系式

V。

！

=-4/2V2

（4.1.3）

4.1.3波形分析

（1）当vi为幅值1V的正弦波，V2为幅值2V的矩形波，且频率都为2kHZ时，输出应该为幅值为10V的波形图。

图4.2输出电压波形图

4.2第二级运算放大电路

4.2.1工作原理

如图4.3所示的放大电路，该放大电路采用双端输入的方式，图中Vol（矩形

波）通过R5加到反相端，V3（正弦波）通过R7、R8分压后加到同相端。

输出信号通过R6R5组成反馈网络加到反相端。

双端输入放大电路的输出电压在线性工作条件下可利用叠加定理进行参数计算。

4.2.2参数计算

图4.3为一个运放组成的差动输入的减法电路，运用虚短概念，有

Vol-VnVn-Vo

（421）

V3-Vp

R7

（422）

由两式且V=Vp可知,

心買+£

眛=击阴+R5V。

W=島％心

（4.2.4）

可解得

由第432节内容可知R5=20K^R6=20K^R7=403,R*=403，故满足下列关系式

Vo二V3-V°

i（4.2.5）

4.2.3波形分析

（1）当Vol为幅值4V的矩形波弦波，V2为幅值2V的正弦波形波，且频率都为10kHZ时，输出应该为幅值为6V的波形图。

令示液器虞£

＜：

1rz

图4.4输出电压波形图

4.3运算放大电路

4.3.1工作原理

R4

VCC

100kQ

10VVCC

4

l>

1

U2A

V_M358AM

3

R6

Wv

20kQ

U1A

1R5

WV

VEE

L+->

<

R3-10V

10kQ

40kQ

2V3

2Vrms1kHz

0°

R840kQ

i>

T

8ve^M358AM

-10V

图4.5加法运算电路

电路图分析：

图4.5所示的电路为加法运算电路，是由图4.1中的输出端的电压Vo1充当图4.3中的反相端的信号电压，形成一个输入与输出具有线性关系的电路图。

此电路图中先输入V1和V2,再通过第一级运放电路后形成一定放大倍数的电压，再与V3构成双端

输入式放大电路，V3（正弦波）通过R7、R8分压后加到同相端。

最终的输出信号通过R6R5组成反馈网络加到反相端。

最得到输出电压Vo,使Vo与V1、V2、V3具有相加的线性关系。

此电路中利用输出电压Vo通过反馈元件（R1、R2R4R5R◎对放大电路起自动调整作用，从而牵制了Vo的变化，最后达到输出稳定平衡。

4.3.2参数计算

由式（4.1.3）和式（4.2.4）

V01

（4.3.1）

"

r^+r^y&

1r6

Vo=肯业二V^oVo1

IIR5八R7R8JR5

可得下式

Vo

R5R1

R6R4

R5R2

.R8（R5R6）v

R5（R7R8）3

（4.3.2）

根据设计要求，需要实现u^2uh4Ui2Ui3，可得下式

R4R6

R1R5

b二亞V

=4

（4.3.3）

c=R8（R5R6）

R5（R7"

*"

&

）

可求得其中一种解:

R=50K「」,R2=25K「」,R3=10K「,R4=100K「

R5=20K"

R6=20K「」,R7=40K门,R8=40K「」

此时电路中输出与输入满足下列关系式：

=2V「4V2V3

4.3.3波形分析

（1）当V1为1V的正弦波、V2为4V的矩形波且频率都为2kHz时，V3为2V频率为1kHz时的正弦波，输出波形如图4.6所示。

图4.6输出电压波形图

4.4线性直流稳压电源

线性稳压电源的主要结构如下图所示:

整流电路

滤波电路

稳压虫路

3N25；

5

D1

50Q

U1

LM7812CT

LINE

VOLTAGE

VREG

C2

丰330nF

COMMON

C3

士100nF

C1

丰2.2mF

C4

3uF

300Q

图4.7线性直流稳压电源

电子设备中都需要稳定的直流电源。

直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；

滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；

稳压电路的作用是当输入交流电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。

442各部分电路分析

（1）电源变压器

电源变压器是最常用的一类变压器。

根据次级电压V2与初级电压Vi的关系不同，电源变压器可分为降压变压器（V2<

Vi）、升压变压器（V2>

Vi）、隔离变压器（V2=Vi）和多绕组变压器等。

此次利用的是降压变压器，将220V的交流电压Vi变换成整流滤波电路所需交流。

经过变压器后的波形（幅度变化）

（2）单向桥式整流电路

整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件（如二极管、晶闸管等），将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。

但是，这种电压直流幅值变化很大，包含有很多的脉动交流成分，还不能作为直流电源使用。

对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。

整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。

本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电

压。

V14

」33N255Lri

-'

300Q

图4.8单向桥式全波整流电路

（3）n型滤波电路

经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。

为了减少其交流成分，通常在整流电路后接有滤波电路。

滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。

在小功率电路中常采用电容滤波电路，将滤波电容C直接

并联在负载RL两端，就可组成电容滤波电路。

由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成风降低，输出直流电压的平均值增大，采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压。

单向脉冲电压

工作电路图：

220Vpk

100Hz

±

2.2mF

图4.9n型滤波电路

滤波后C1两端的电压为

Vc1=29.1V

电阻R2两端的电压为

VL=26.5V

流经R2的电流为

VL

IL—0.053A

则C1可选耐压30V容量为2.2mF的电解电容，C4可选耐压30V容量为3uF的电解电容

（4）单电源集成稳压电路

交流电网电压经过变压、桥式整流、电容滤波后的不稳定的直流电压加至LM7812集成

稳压器的输入端（IN）和公共端（GND之间，则在输出端（OUT和公共端（GND之间可得到固定的稳定电压输出。

其中，C2C3是高频旁路以及为防止自激振荡用。

选用集成稳压型号，确定电路形式查器件手册选三端固定式稳压器LM7812特性参数在手册中查得：

输出电压Uo=11.5-12.5V，最大电流为1A,最小输入电压为14V,最大输入电压为35V。

4.4.3波形分析

（1）变压部分

图4.11变压器两端电压

（2）整流部分

脅示iffiH-XSCl丰Jj

图4.12整流电路

（3）滤波

图4.13滤波电路

（4）稳压

图4.14稳压电路

5工作过程分析

5.1加法运算电路

第一级运放电路为反相放大电路，将两个信号加到运算放大器反相输入端。

由于虚地、虚断及虚短定理，可求出输出电压。

此电路中利用输出电压vo1通过反馈元件对放大电路起自动调整作用，从而牵制了Vol的变化，最后达到输出稳定平衡。

加法运算电路先经过一级运算放大器形成如下线性关系：

voi=-（4V1+2V2）

第二级运算放大电路采用双端输入的方式，Vol加到反相端，V3加到同相端。

输出信

号通过R6R5组成反馈网络加到反相端。

双端输入放大电路的输出电压在线性工作条件下可利用叠加定理进行参数计算。

在经过二级运算放大器形成最终结果：

Vo=2Vi4V2V3

5.2线性直流稳压电源

直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；

滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；

稳压电路的作用是当输入交流电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。

在调试过程中，主要调节两个电容的大小来减小失真的部分，然后通过调节稳压部分中的几个电阻进一步获得稳定的16V输出电压。

6元器件清单

数量

描述

参考标识

封装

2

RESISTOR,40kQ

R10,R7

RESISTOR,25kQ

R9

RESISTOR,50kQ

R8

ACPOWER,10Vrms1kHz0°

V4

Generic

CLOCK_VOLTAGE,2kHz5V

V3

AC_VOLTAGE,5Vpk2kHz0°

RESISTOR,20kQ

R6,R5

RESISTOR,100kQ

POWERSOURCES,GROUND

RESISTOR,10kQ

R3

RESISTOR,50Q

CAPACITOR,3uF

RESISTOR,300Q

CAPACITOR,100nF

CAPACITOR,330nF

CAPACITOR,2.2mF

TSIDEAL

T1

AC_VOLTAGE,220Vpk100Hz

V1

7主要元器件介绍

1.运算放大器LM358

低功耗，共模输入定呀范围宽，包括接地。

适用于电源电压范围很宽的单电源使用，在一定工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

2.固定式三端集成稳压器LM7812

选用集成稳压型号，确定电路形式查器件手册选三端固定式稳压器LM7812特性参数在手册中查得：

输出电压Uo=11.5-12.5V，最大电流为1A,最小输入电压为14V,最大输入电压为35V。

小结

经过本次课程设计，我深刻体会到实践出真知的意义。

通过上学期对电子技术基础模拟部分的学习，我对这门课程有了一定的基础知识。

本次课设，我很幸运地选到一个相对简单而且熟悉的课题。

根据运算放大器的性质，实现一个加法电路，还要求设计一个电源

看似简单的课题，虽然学校要求是一个周的时间，但对我而言，我足足花了两个周。

刚选完我便开始复习运算放大器的相关学术知识，我发现教材上的内容对本次设计而言，略有不足。

面对这样的设计，我真的不知如何着手。

与解题不同的是，我们不仅需要学好知识，还要学会如何运用。

终于通过上网和图书馆的图书资源，我大概有了设计方向。

我先把电路的雏形画了出来，前前后后这次设计我画出了三种方案，通过与同组成员对比讨论，我最后选了两级反相输入，第二级使用减法器实现本次课设的目的。

相比仿真来说，简单地在草纸上构思真的很轻松。

刚开始画图就遇到各种各样的问题,各种各样的元件有不同的性能，如何选择也成了一大难题。

为了满足设计要求，需要根据电路来计算阻值。

为了仿出波形，一次又一次的改变参数。

面对重重困难，只能反复查阅资料，询问同学老师。

虽然本次设计不是完美的，但对于我来说，是一次很大的历练。

通过这次模电课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试。

熟悉了常用仪器、仪表；

了解了电路的连线方法。

同时对直流稳压电源构造及原理这一部分的知识基础也更深入掌握。

我感觉自己的知识得到了拓展，更深一步理解了老师上课所讲的内容。

希望在以后的学习中，我不会让所学到的内容白白浪费掉，做到真正的学已致用！

本次设计更让我明白的是，遇到困难不能气馁更不能妥协。

虽然遇到了各种各样的错误、困难。

软件出问题，花了几个小时卸载安装。

电路出现错误，反复查阅资料，对照书籍，最终找到解决方案。

其次，书本知识很重要，除了书本知识更要学会利用图书馆的书籍资源已经图书馆系统的数据资源。

通往成功的路上一定是曲折的。

以小见大，这便是本次课设的人生感悟！

功夫不负有心人，这次课设圆满结束。

感谢老师和同学们的帮助！

致谢

对于本次课程设计，首先要感谢的是指导我课设的秦宏老师，每次课上检查老师都会具体到每一位同学，为我们指出错误与不足，帮助我们改正和完善。

耐心的总结每组每个课题设计的核心，为了我们能取得优异的成绩，哪怕是课余时间也耐心为我们解答。

这一个周，每节课老师都细心的检查我们的电路，仿真结果。

真的特别感谢秦老师的付出。

然后我还要感谢的是教我们班模电课的罗老师，罗老师风趣的教学风格，让我们更容易地接受知识。

为本次设计奠定了扎实的基础。

最后我要感谢帮助过我的同学，谢谢你们不厌其烦的帮我修改电路。

感谢你们在自己也有任务的同时，帮助我解答疑问。

真诚地向你们致谢！

参考文献

[1]

2014

2010

康华光•电子技术基础（数字部分）•北京：

高等教育出版社，

[2]程勇.实例讲解MultisimIO电路仿真.北京：

人民邮电出版社,

[3]李国丽.模拟电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2012

[4]沈任远.模拟电子技术基础.北京：

机械工业出版社，2013⑸李宁.模拟电路.北京：

清华大学出版社，2010

附录A电路图

50?

6

3N255

C2330nF

U1LM7812CT

LINEVREG

-T2.2mF

C4■'

T'

3uF

-4-

14

R850k?

12V3

100k?

2A

8

13

20k?

*100nF

16

0?

R1300

11

5Vpk2kHz0°

2kHz

LM358AM

R740k?

101

15

R1040k?

丿5V

:

丿1kHz

―J

10Vrms

R310k?