模拟电子介绍

1课程设计报告课程设计名称：《模拟电子技术》系部：三系学生姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：学年学期模拟电子技术课程设计25目录1设计的目的及任务……………………………………………………………（1）1.1课程设计的目的………………………………………………………（1）1.2课程设计的任务与要求………………………………………………（1）1.3课程设计的技术指标…………………………………………………（1）2电路设计总方案及原理框图………………………………………………（2）2.1电路设计原理框图……………………………………………………（2）2.2电路设计方案设计……………………………………………………（2）3各部分电路设计……………………………………………………………（2）3.1方波发生电路的工作原理……………………………………………（2）3.2方波---三角波转换电路的工作原理…………………………………(3）3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理……………………………（4）3.4电路的参数选择及计算………………………………………………（5）3.5总电路图………………………………………………………………（6）4电路仿真……………………………………………………………………（7）4.1方波---三角波发生电路的仿真……………………………………（7）4.2三角波---正弦波转换电路的仿真…………………………………（7）5万用表制作和电路的安装5.1指针式万用表的基本原理…………………………………………（8）5.2基本测量原理………………………………………………………（9）5.3直流电流部分电路的分析与调试…………………………………（11）5.4直流电压部分电路的分析与调试…………………………………（12）5.5交流电压部分的电路分析与调试…………………………………（13）5.6欧姆表部分电路的分析与调试……………………………………（14）6整机组装及调试……………………………………………………………（16）6.1电路组成……………………………………………………………（16）7实验总结……………………………………………………………………（17）8仪器仪表清单………………………………………………………………（19）9参考文献……………………………………………………………………（21）模拟电子技术课程设计251．设计的目的和任务1.1设计目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟IC器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4掌握常用元器件的识别和测试5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法1.2设计任务设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器1.3课程设计的要求及技术指标1设计、组装、调试函数发生器2输出波形：正弦波、方波、三角波；3频率范围：在10－10000Hz范围内可调；4输出电压：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ1V；12．函数发生器总方案及原理框图2.1电路设计原理框图图2–1函数发生器电路组成框图2.2电路设计方案设计函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如2-1所示：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。2模拟电子技术课程设计2/10/202023．各部分电路设计3.1方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。3.2方波---三角波转换电路的工作原理图3-1方波—三角波产生电路模拟电子技术课程设计2/10/20203图3-2比较器的电压传输特性图3–3方波----三角波变换3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理图3-4三角波—正弦波变换电路差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，mopURRRU2132T131242)(4ppRRCRRRT模拟电子技术课程设计2/10/20204传输特性曲线的表达式为：022/1idTCEUUaIIaIe011/1idTCEUUaIIaIe式中/1CEaII0I——差分放大器的恒定电流；TU——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。如果Uid为三角波，设表达式为44434midmUTtTUUTtT022TtTtT式中Um——三角波的幅度；T——三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。3.4电路的参数选择及计算3.4.1三角波-正弦波部分比较器A1与积分器A2的元件计算如下。2231OmCCRUVRRP即223141123OmCCURRRPV取210RK，则3130RRPK，取320RK，RP1为47KΩ的点位器。取平衡电阻1231//()10RRRRPK模拟电子技术课程设计2/10/202053124224()RRPfRRRPC即3141224RRPRRPRC当110ZHf时，取210CF，则42(75~7.5)RRPk，取45.1Rk，为100KΩ电位器。当10100ZHf时，取21CF以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻510Rk。三角波—正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取345470CCCF，滤波电容6C视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，6C可取得较小，6C一般为几十皮法至0.1微法。RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。3.5总电路图图3-5三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路模拟电子技术课程设计2/10/202064．电路仿真4.1方波---三角波发生电路的仿真图4–1方波发生电路仿真模拟电子技术课程设计2/10/20207图4–2三角波发生电路仿真模拟电子技术课程设计2/10/20208图4–3方波—三角波发生电路仿真4.2三角波---正弦波转换电路的仿真图4–4正弦波发生电路仿真图4–5三角波—正弦波发生电路仿真模拟电子技术课程设计2/10/202095万用表制作和电路的安装5.1指针式万用表的基本原理5.1.1万用表概述万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头，如图5-1。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或分压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。图5-1万用表原理图5.1.2MF47A技术指标1、直流电压：0-0.25V-1V-10V-50V-500V-1000V-2500V；2、交流电压：0-10V-50V-250V-500V-1000V-2500V；3、直流电流：0-50μA-0.5mA-5mA-500mA-5A；4、电阻：0-2KΩ-20KΩ-200KΩ-2MΩ-40MΩ；5、音频电平：－10dB-＋22dB；6、hFE（晶体管放大倍数）：0-300；7、电感：20H-1000H（50HZ）；8、电容：0.001μF-0.3μF。5.2基本测量原理5.2.1直流电流测量原理如图5-2(a)所示，通过转换开关，使万用表内的表头（磁电式）并联一个适当的电阻(称分流电阻)进行分流就可以扩展电流量程。例1：某表头满量程是50微安，表头内阻1千欧，现在要求扩展电流量程为5毫安，分流电阻R的阻值应选择多少欧姆?模拟电子技术课程设计2/10/202010根据所学知识得：1nRgR（其中n为量程扩大倍数，Rg为电流表的内阻。所以：1.10150/50001000R因此，只要用一个10.10Ω的电阻与满量程为50uA内阻为1kΩ的表头相并联即可组成最大测量范围为5mA的电流表。同理，也可组成测量范围为50mA、500mA或5A的电流表。5.2.2测量直流电压(V)的原理如图5-2(b)所示，通过转换开关，使万用表内的表头串接一个适当阻值的电阻(倍增电阻)进行降压，就可以扩展电压量程。例如，有一块50uA、内阻1千欧的表头，现要使它成为最大量程为5V的电压表，问需串接一个多大阻值的电阻?根据所学知识得：1RnRg（）（其中n为量程扩大倍数，Rg为电流表的内阻,R为图中的降压电阻。所以：65(110009950100010VRKV）所以，要扩大直流电压的量程，需串联一个电阻就能达到目的。5.2.3测量交流电压(V)的原理因为万用表表头是直流电表，所以测量交流电压时，首先得将交流电压变换为直流电压，然后再通过表头指示，如图5-2(c)所示。图中交流电变换为直流电是由D1和D2完成的。扩展交流电压的方法与直流电压量程扩展原理相似，这里就不重复。5.2.4测量电阻(Ω)的原理如图5-2(d)所示，在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，电池的负极为万用表的正表笔。当用万用表的表笔去测量电阻时，流过被测电阻的电流，其大小随着被测电阻的阻值变化而改变，且与流过表头的电流成比例，因而可以测量出被测电阻的阻值。在图中W是零欧姆调整电位器。表头内阻Rg、模拟电子技术课程设计2/10/202011电位器W、R2、R1串并联后的总阻值称为表头中心等效电阻，改变表头中心等效电阻的阻值(实际只改变R1的阻值)就能改变电阻测量的量程。(a)(b)(c)(d)5-2(a)直流电流测量原理图(b)测量直流电压原理图（c）测量交流电压原理图(d)测量电阻原理图5.3直流电流部分电路的分析与调试5.3.