模電課程設(shè)計報告

任務(wù)一 測量放大器

設(shè)計要求

1、實現(xiàn)功能

實現(xiàn)一個測量放大器，并完成附加電路信號變換器的設(shè)計(將單電源信號轉(zhuǎn)換為差模信號作為測量放大器的輸入

2、設(shè)計指標(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)計保證) 。

3、附加電路

設(shè)計一信號變換器將信號源輸出的單路信號變換為一對大小相等、方向相反的差模信號提供給測量放大器;用以測試放大器的性能指標(biāo)。

二、設(shè)計所需要條件和工具

1、設(shè)計所需條件

利用通用運(yùn)放芯片μA741、μA747、LM324 進(jìn)行電路設(shè)計，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;

(4)20k 滑動變阻器一個;

函數(shù)發(fā)生器;

示波器;

杜邦線若干。

三、電路設(shè)計

1、總體框圖

2、總體電路圖

3.設(shè)計思路分析：

電壓跟隨器：獲得同相電壓信號; 反向放大器：獲得反向電壓信號;

三運(yùn)放測量放大器：兩級放大電路，對差模信號進(jìn)行放大;

電路圖分析：函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生單電源信號后，通過電壓跟隨器和反向放大器，產(chǎn)生兩路信號形成差模輸入，為確保是輸入的是一對差模信號，單電源信號必須通過一個和反向放大器完全相同的運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器，否則兩路信號會產(chǎn)生相位差，無法構(gòu)成差模信號。差模信號形成后，通過三運(yùn)放構(gòu)成的兩級測量放大電路，最后輸出。

3.測量放大器增益計算

4.參數(shù)選擇

在實驗過程中，一定增益指標(biāo)下，為保證每一級的運(yùn)放都工作在較為合適的放大狀態(tài)，要盡可能使每一級放大的倍數(shù)相差不大，而不會使某個管子因放大倍數(shù)太大而失真。

據(jù)此原則，我均衡分配了兩級放大電路中的三個運(yùn)放的放大倍數(shù)，每一個運(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;20k 滑動變阻器一個。

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源后，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變?nèi)\(yùn)放放大電

路第一級的放大倍數(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：

b.增益為1000時：

c.頻率為20Hz時

d.頻率為7000Hz時：

2.調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法

(1)最開始電路無法正常工作，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，然后通過觀察示波器波形對每一個運(yùn)放進(jìn)行單獨檢測，后發(fā)現(xiàn)有三個運(yùn)放由于芯片壞了無法正常工作，后更換芯片后波形正常;

(2) 最開始，由于電阻參數(shù)沒有設(shè)計好，導(dǎo)致最大增益只能達(dá)到

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

3.實驗結(jié)果分析

由調(diào)試過程中所示實驗結(jié)果截圖可得：該設(shè)計滿足實驗技術(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)計結(jié)果頻率范圍為

20Hz-1MHz,滿足預(yù)期要求。

任務(wù)二 簡易模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

一、設(shè)計要求

實現(xiàn)功能

將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog

to Digital Converter)，A/D

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

A/D 轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼 4 個過程。

設(shè)計指標(biāo)

采樣保持：

100Hz 正弦波信號作為測試源信號(必要時進(jìn)行放大，峰值為 8V。)

取樣保持電路采樣頻率為

200Hz，此部分電路通過示波器觀察所檢測正弦波信號波形基本不失真。

觀察所檢測正弦波信號正峰值幅度為 8±0.5V。

量化：

將 8V 電壓信號轉(zhuǎn)化成 4 位數(shù)字信號。

最多采用 8 個單元的集成運(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)計所需要條件和工具

1、設(shè)計所需條件

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， 68k 電阻 12 個;5k 變阻器 3 個

(4)5k 變阻器 3 個;

(5)發(fā)光二極管;

(6)74HC6053 數(shù)字開關(guān)一個;

(7)函數(shù)發(fā)生器;

(8)示波器;

(9)杜邦線若干。

三、電路設(shè)計

總體電路圖：

采樣保持

量化

設(shè)計思路分析

采樣保持：

通過數(shù)字開關(guān)元件的接通通道來控制采樣與否;

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

一路方波信號作為時鐘信號源，控制電容的充放電，從而控制保持的時間;

通過設(shè)計好電容的大小，保證電容充放電時間能滿足采樣時間的要求。

量化：

電路要實現(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，在下一級就要減掉該電壓數(shù)值，同時該級的 LED

發(fā)光。以此類推，可以實現(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：