模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

任務(wù)一 測(cè)量放大器

設(shè)計(jì)要求

1、實(shí)現(xiàn)功能

實(shí)現(xiàn)一個(gè)測(cè)量放大器，并完成附加電路信號(hào)變換器的設(shè)計(jì)(將單電源信號(hào)轉(zhuǎn)換為差模信號(hào)作為測(cè)量放大器的輸入

2、設(shè)計(jì)指標(biāo)

差模增益AVD=100～ 1000，可調(diào)。

通頻帶：fL≤30Hz,fH ≥3kHz;

最大輸出電壓：±10V ;

增益的非線性誤差≤5% ;

差模輸入電阻≥2MΩ(由電路設(shè)計(jì)保證) 。

3、附加電路

設(shè)計(jì)一信號(hào)變換器將信號(hào)源輸出的單路信號(hào)變換為一對(duì)大小相等、方向相反的差模信號(hào)提供給測(cè)量放大器;用以測(cè)試放大器的性能指標(biāo)。

二、設(shè)計(jì)所需要條件和工具

1、設(shè)計(jì)所需條件

利用通用運(yùn)放芯片μA741、μA747、LM324 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，采用雙入 單出的線路。

2、工具

面包板一片;

LM324 兩片;

(3)10k、22k、20k、300k 電阻各兩個(gè);

(4)20k 滑動(dòng)變阻器一個(gè);

函數(shù)發(fā)生器;

示波器;

杜邦線若干。

三、電路設(shè)計(jì)

1、總體框圖

2、總體電路圖

3.設(shè)計(jì)思路分析：

電壓跟隨器：獲得同相電壓信號(hào); 反向放大器：獲得反向電壓信號(hào);

三運(yùn)放測(cè)量放大器：兩級(jí)放大電路，對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行放大;

電路圖分析：函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生單電源信號(hào)后，通過(guò)電壓跟隨器和反向放大器，產(chǎn)生兩路信號(hào)形成差模輸入，為確保是輸入的是一對(duì)差模信號(hào)，單電源信號(hào)必須通過(guò)一個(gè)和反向放大器完全相同的運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器，否則兩路信號(hào)會(huì)產(chǎn)生相位差，無(wú)法構(gòu)成差模信號(hào)。差模信號(hào)形成后，通過(guò)三運(yùn)放構(gòu)成的兩級(jí)測(cè)量放大電路，最后輸出。

3.測(cè)量放大器增益計(jì)算

4.參數(shù)選擇

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一定增益指標(biāo)下，為保證每一級(jí)的運(yùn)放都工作在較為合適的放大狀態(tài)，要盡可能使每一級(jí)放大的倍數(shù)相差不大，而不會(huì)使某個(gè)管子因放大倍數(shù)太大而失真。

據(jù)此原則，我均衡分配了兩級(jí)放大電路中的三個(gè)運(yùn)放的放大倍數(shù)，每一個(gè)運(yùn)放都放大二十幾倍，最終能完成增益

1000 倍左右的指標(biāo)。選擇的電阻參數(shù)如上圖仿真電路中所示：10k、22k、20k、300k

電阻各兩個(gè);20k 滑動(dòng)變阻器一個(gè)。

四、電路調(diào)試

電路調(diào)試步驟

(1)先按照上述仿真電路圖連接電路

(2)在接好示波器探頭和信號(hào)源后，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變?nèi)\(yùn)放放大電

路第一級(jí)的放大倍數(shù)，當(dāng)增益能在100-1000的變化范圍內(nèi)變化，且改變輸入波

形頻率，使之在30Hz-3kHz范圍內(nèi)波形不失真，即調(diào)試成功。

(3)調(diào)試成功后，如下圖所示：

a.增益為100時(shí)：

b.增益為1000時(shí)：

c.頻率為20Hz時(shí)

d.頻率為7000Hz時(shí)：

2.調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

(1)最開(kāi)始電路無(wú)法正常工作，以為是連接失誤，重新連接了一遍電路，后發(fā)現(xiàn)還是出不了波形，然后通過(guò)觀察示波器波形對(duì)每一個(gè)運(yùn)放進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)，后發(fā)現(xiàn)有三個(gè)運(yùn)放由于芯片壞了無(wú)法正常工作，后更換芯片后波形正常;

(2) 最開(kāi)始，由于電阻參數(shù)沒(méi)有設(shè)計(jì)好，導(dǎo)致最大增益只能達(dá)到

500，后通過(guò)分析公式和電路，調(diào)整了部分電阻值，才達(dá)到了理想的增益。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由調(diào)試過(guò)程中所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖可得：該設(shè)計(jì)滿足實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)要求，可完成增益為

100-1000、頻率范圍 30-3000Hz 的要求，最終設(shè)計(jì)結(jié)果頻率范圍為

20Hz-1MHz,滿足預(yù)期要求。

任務(wù)二 簡(jiǎn)易模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

一、設(shè)計(jì)要求

實(shí)現(xiàn)功能

將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog

to Digital Converter)，A/D

轉(zhuǎn)換的作用是將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號(hào)。

A/D 轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過(guò)取樣、保持、量化及編碼 4 個(gè)過(guò)程。

設(shè)計(jì)指標(biāo)

采樣保持：

100Hz 正弦波信號(hào)作為測(cè)試源信號(hào)(必要時(shí)進(jìn)行放大，峰值為 8V。)

取樣保持電路采樣頻率為

200Hz，此部分電路通過(guò)示波器觀察所檢測(cè)正弦波信號(hào)波形基本不失真。

觀察所檢測(cè)正弦波信號(hào)正峰值幅度為 8±0.5V。

量化：

將 8V 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成 4 位數(shù)字信號(hào)。

最多采用 8 個(gè)單元的集成運(yùn)放，量化精度<0.5V;

采用發(fā)光二極管顯示輸出高低電平。

二、設(shè)計(jì)所需要條件和工具

1、設(shè)計(jì)所需條件

利用通用運(yùn)放芯片 uA747、LM324。

2、工具

(1)面包板一片;

(2)LM324 兩片;

(3)100 電阻 11 個(gè)， 68k 電阻 12 個(gè);5k 變阻器 3 個(gè)

(4)5k 變阻器 3 個(gè);

(5)發(fā)光二極管;

(6)74HC6053 數(shù)字開(kāi)關(guān)一個(gè);

(7)函數(shù)發(fā)生器;

(8)示波器;

(9)杜邦線若干。

三、電路設(shè)計(jì)

總體電路圖：

采樣保持

量化

設(shè)計(jì)思路分析

采樣保持：

通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)元件的接通通道來(lái)控制采樣與否;

函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩路信號(hào)，一路作為采樣信號(hào)輸入射極跟隨器，以供采樣;

一路方波信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)源，控制電容的充放電，從而控制保持的時(shí)間;

通過(guò)設(shè)計(jì)好電容的大小，保證電容充放電時(shí)間能滿足采樣時(shí)間的要求。

量化：

電路要實(shí)現(xiàn)量化的功能，就需要進(jìn)行電壓比較和減法運(yùn)算，還需要相應(yīng)的顯示電路和邏輯控制電路。先用電壓比較器進(jìn)行比較，如果滿足該電壓比較器的條

件，在下一級(jí)就要減掉該電壓數(shù)值，同時(shí)該級(jí)的 LED

發(fā)光。以此類推，可以實(shí)現(xiàn)電壓的量化。

元件參數(shù)選擇

使用 LM324 的運(yùn)算放大器，要實(shí)現(xiàn)減法器，必須使反饋電阻等于輸入端的電阻，選用

68k 電阻。

四、電路調(diào)試

1.電路調(diào)試步驟

先按照上述電路圖連接電路，連接好的電路為：

a.采樣電路

b. 量化電路：

采樣電路將 15V 電源、示波器、函數(shù)發(fā)生器連接好后，觀察波形;

調(diào)試結(jié)果：

a.采樣保持：