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模电课程设计报告资料
合肥工业大学
模拟电路课程设计
指导教师:
胡良梅许良凤
设计内容:
亠•数据放大器(差分放大+数据滤波)
1•集成直流稳压电源
•数据放大器
1.指标要求
总体要求如下:
Rd_10M「fH3d-1kHz
Kcmr亠60dB
带外衰减速率大于等于-30dB/10倍频
——A差分|放大器
差分放大器指标要求:
Avf_54dB
►低迪滤波器f
Rid-10M'.1
Kcmr—60dB
RC有源滤波器指标要求:
fH3d=1kHz
带外衰减速率大于等于-30dB/10倍频
2.设计方案
对于差分放大器,利用3个运放和7个电阻组成两级差分放大电路来实现电路原理图如下:
O\'o
两级旌分放大器
第一级放大倍数计算公式:
2R
A—(11)
&
第二级放大倍数计算公式:
总的差分电路放大倍数:
Av=(1乎)R
R0r\3
对于滤波器,选用2个电容、4个电阻和一个运放组成二阶低通有源滤波器,电路原理图如
下:
低通池波器
总的电路流程图如下:
3•电路原理及估算结果(仿真或近似计算)
(1)两级差分放大电路电阻值的选取:
该部分如下图:
两级菱分放大器
由于指标要求差分放大器放大倍数大于等于54dB,也就是500倍。
差分放大器有两级
放大,为了避免第二级放大出现失真,将第一级放大设置为5倍,第二级放大设置为100
倍。
电路中的运放使用LM324N芯片中的运放。
根据公式
…等及7
取R0=1k门R仁R2=2k门
则Av=5
取R3=R4=150门R5=R6=15k'J
则Av2=100
所以Av二500将参数输入电路原理图进行仿真测试:
MFG1
vcc
仿真结果如下(输入差模信号为振幅1mV,频率500Hz的正弦信号)
由上图看出差分放大电路输出信号幅度为499.777mV,将原来的1mV信号放大了499.777
倍(理论上为500倍),在误差范围内可认为电路达到了放大倍数要求。
(2)二阶有源滤波器电阻及电容选取:
该部分如下图:
Cl
低通滤波器
电压增益计算公式为:
Av"匹
R9
使R9=10k「R10=15k11
则增益Av3=25
令R7=R86=C2
则3dB截止频率计算公式为:
则f3dB
1
2R7C1
:
1kHz
使R7=R8=15k门6=C2=0.01uF
所以满足要求。
将上面计算出来的电阻及电容值代入原理图中进行仿真:
•F?
2•
-VvV
R310kQ
AW-i
i5kO
*皿一-■/■/V
15kQ
0Q1pF
U1A
仿真结果如下:
(1)(输入信号为正弦波,振幅1V,频率500Hz)
(2)(输入信号为正弦波,振幅1V,频率1000Hz)
满足3dB截止频率。
将以上差分放大电路和滤波电路连接起来就组成了数据放大器。
4•硬件调试过程及测试指标
实验中运放采用LCM324N芯片,1块LCM324芯片里面含有个运放。
实验中,我们先
搭好差分放大电路和滤波电路,但是两个电路不连接在一起,我们先检测差分放大电路,经
检测差分放大电路的放大倍数达到了500倍放大的要求。
于是,我们接着检测滤波电路的滤
波效果,检测结果为滤波电路的放大倍数为3倍,3dB截止频率为1kHz,带外衰减速率为
-59.4dB/10倍频,指标符合要求。
硬件连接电路如下:
1前置级:
利用信号发生器输入500Hz,40m的正弦交流信号,通过设计好的电桥,W=5.5mV,
级放大倍数
Vol-Vo2
Vid
7.4-4.2
0.6
=5.4
Vi2=6.1mV=Vid=Vii-Vi2=0.6mV,用万用表测得Voi=7.4mV,Vo2=4.2mV,前置
2
Vo2=312mV,所以差分
电压放大级:
在①的基础上,继续测量差分放大器的输出,用万用表测得放大器的电压放大倍数A二型二312mV=520
Vid0.6mV
3在①、②的基础上,继续测量滤波器的输出,用万用表测得,整个数据放大器的输出电压
Vo1.043/
Vo=1.043V,电压放大倍数Avf1738,符合指标要求。
Vid0.6mV
滤波器实验中部分检测图如下:
④二阶有源低通滤波器:
测得输出信号随输入信号频率变化如下:
频率f/Hz
100
200
500
800
1k
10k
幅度Vo/Vop-p
1.30
1.34
1.40
1.72
0.99
0.06
由上述表格知:
通带截止频率fH3d:
.1kHz
33
带外衰减速率:
-20lg(0.9910-0.0610):
-59.4dB/10倍频
满足指标要求。
⑤输入阻抗:
测量输入阻抗的电路如下:
实际测得数据放大器两端的电压约等于串联接入电阻两端的电压,根据分压原理易知数据放
大器的输入阻抗Rd吒1OM0。
⑥共模抑制比Kcmr:
撤去电桥,输入频率为100Hz,幅度为50mV的信号,测得输出电压信号幅度为48mV
所以:
Ave48mV=0.96
50mV
Avd1738
Kcmr=20lg20lg65.15dB
Ave0.96
5•工作总结及心得体会:
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.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社
[3]王毓银.数字电路逻辑设计(第二版)[M].北京:
高等教育出版社
附录:
元件明细表以及所使用实验仪器:
名称
数量
LM324
4
O.OluF电容
2
1k电阻
1
2k电阻
2
150?
电阻
2
15k电阻
5
10k电阻
1
实验仪器:
信号发生器,直流稳压电源,示波器,万用表,面包板
1.指标要求
利用集成稳压器CW317设计一个小功率直流稳压电源,性能指标要求为:
(1)输出电压能同时提供正、负电压;输出幅度3V~9V连续可调
(2)输出电流lomax=800mA
(3)纹波电压有效值也Vop-p兰5mV
(4)稳压系数Sv乞0.003
2.设计方案
集成直流稳压电源的工作原理:
直流稳压电源是一种将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:
直流稳压电源的原理框图和波形变换
首先输入将电网电压u1通过变压器进行降压处理;再通过整流电路将交流电压转换成直流电压;考虑到此时的输出中其他杂波的成分较多,添加一个滤波电路来滤除杂波;变成由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时,滤波电路输出的直流电压UI
会随着变化。
因此,为了维持输出电压UI稳定不变,还需加一级稳压电路。
稳压电路的
整流电路
/\/v
滤波电路
稳压4路
作用是当外界因素(电网电压、负载、环境温度)发生变化时,能使输出直流电压不受影响,而维持稳定的输出。
(1)电源变压器:
将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。
Vomax'(Vi-Vo)min_Vi_Vomin'(Vi-Vo)max
9V3V乞Vi辽3V4CV
12V乞Vi43V
副边电压V2_Vimin/1.1=12/1.1,取V2=11V;
副边电流|2_|omax=0.8A,取I1A:
则变压器副边输出功率卩2_I2V2=11W,查表
可得变压器的效率二0.7,则原边输入功率P1一P2/=15.7W
(2)桥式整流电路:
将交流电压U2变为直流电压U3。
桥式整流属于全波整流,它不是利
用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式,使在电压V2的正负半周均
有电流流过负载,在负载形成单方向的全波脉动电压。
VLi
VL4
其中:
(3)滤波电路:
将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。
整流电路输出波形中含有
较多的纹波成分,与所要求的波形相去甚远。
所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流
输出电压的纹波。
滤波电路常有电容滤波,电感滤波和RC滤波等。
本实验中就采用电容滤
VI)
0—|T
0—
波电路。
上图分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。
这里假设t-0时,电容器C已经
充电到交流电压V2的最大值(如波形图所示)。
整流二极管Vli~Vl4组成单相桥式整流电路,将交流电压U2变成脉动的直流电压U3。
再经滤波电容滤除波纹Ui.Ui与交流电压U2的关系为:
Ui=(1.1~1.2)U2
每支整流二极管的最大反向电压
Urm二.2U2
通过每支整流二极管的平均电流|D=°.45U2(R为整流滤波电路的负载电阻)。
其中,
R
整流二极管及滤波电容的选取如下:
滤波电容C可由纹波电压.-:
VOp_p和稳压系数Sv确定。
已知Vo=15/,Vi=18V,
.:
VoP「p二5mA,Sv_510。
由式
NoNo
Vj/Vj
Vi=(Vop_pVi)/(V。
*Sv)=2.2V
C=(Iomax*t)/AVi=3636uF且C的耐压应大于J2V2=15.4V,故取两只
2200uF/25V的电容并联。
(4)稳压电路:
当电网电压波动及负载变化时,保持输出电压Uo的稳定。
CW317是可调式三端稳压器,能输出连续可调的直流电压。
稳压器内部含有过流、过热保
护电路。
R1与RP1并联组成滤波电路,以减小输出的纹波电压。
二极管D的作用是防止输
出端与地短路时,损坏稳压器。
其特性参数Vo=1.2V〜37V,Iomax=1.5A,最小输入、输出压差(Vi—Vo)min=3V,最大输入、输出压差(Vi—Vo)max=40V。
有Vo=1.25(1+RP1/R1),如设计Vo=+3V〜+9V的直流稳压电压源,可取R1=240Q,贝URP1min=336Q,RP1ma治1.49kQ,故取RP1为4.7kQ的精密线绕可调电位器。
结构如下图所示:
3.电路原理及估算结果(仿真或近似计算)
电路原理图如下:
仿真结果如下:
仿真电压稳定。
4•硬件调试过程及测试指标
首先应在变压器的副边接入保险丝,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lomax,选择保险丝的熔断电为1A,CW317要加适当大小的散热片。
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M乞12V,调节RP1,输出电压VO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Vi应为正。
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VO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。
硬件电路连接图如下:
实际测试图如下:
调节电位器RP1的过程中,输出的直流电压的范围是1.28V~24.9V。
且纹波电压均满
足技术指标,稳压系数Sv=1.8710J3V<5mV
5•工作总结及心得体会:
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
附录:
元件明细表以及所使用实验仪器:
原件序号
型号
数量
T
变压器
1
D1、D2、D3、D4
二极管1N4001
4
D5
二极管1N4148
1
FU
熔断丝
1
C3
电容10uF
1
C1C2
电容2200uF
1
CO
电容1uF
1
R1
电阻240?
1
Rp1
电位器4.7k?
1
U
二端稳压器LM317
1
自耦变压器
1
实验仪器:
示波器、直流稳压电源、万用表
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