東北石油大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目除法運(yùn)算電路院系電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化系專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化 09-7 班 學(xué)生姓名楊成龍學(xué)生學(xué)號(hào) 090601140725 指導(dǎo)教師陶國(guó)彬、劉超2011年7 月 10日 東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目除法運(yùn)算電路 專業(yè)自動(dòng)化姓名楊成龍學(xué)號(hào) 090601140725 主要內(nèi)容 :個(gè)二輸( 12V根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ,運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)及電路基礎(chǔ)等知識(shí) ,自行設(shè)計(jì) 入的除法運(yùn)算電路?；疽?:1.工作溫度范圍 :-40+50。2.用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源 主要參考資料 :1 陳有卿 .實(shí)用電子制作精選

2、 M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,1994.2 童詩白,徐振英.現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用 M. 北京:高等教育出版社 ,1994.3 張鳳言 .電子電路基礎(chǔ) M. 北京:高等教育出版社 ,1995.4 電子電路百科全書編輯組 . 電子電路百科全書 M. 北京 :科學(xué)出版社 ,1988.5 鄭家龍,王小海.集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 M.北京:高等教育出版社 ,2002.6 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) M. 高等教育出版社 ,1997.7 李哲英 .實(shí)用電子電路設(shè)計(jì) M. 北京:電子工業(yè)出版社 ,1997.8 稻葉保.振蕩電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M.北京:科學(xué)出版社 ,2004.9 楊春玲.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)

3、M. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,2003. 完成期限 2011.7.4 2011.7.10指導(dǎo)教師陶國(guó)彬、劉超專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年7 月 1 日目錄1 任務(wù)和要求 (12 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 (12.1 對(duì)數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合 (12.2 模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中的應(yīng)用 (13 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 (23.1 對(duì)數(shù)運(yùn)輸電路設(shè)計(jì)方案 (23.2 差分比例運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案 (23.3 指數(shù)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案 (33.4 橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)方案 (34 總原理圖及元器件清單 (65 性能測(cè)試與分析 (75.1 除法運(yùn)算電路的安裝 (75.2 除法

4、運(yùn)算電路的調(diào)試 (75.3 直流的安裝 (75.4 直流電源的調(diào)試 (76 性能測(cè)試與分析 (76.1 測(cè)試 (76.2 分析與誤差計(jì)算 (87 設(shè)計(jì)總結(jié) (9參考文獻(xiàn) (101 任務(wù)和要求(1任務(wù):設(shè)計(jì)一個(gè)二輸入的除法運(yùn)算電路。(2探測(cè)器性能要求。工作溫度范圍 :-40 +50用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源 (12V 。 2 總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 對(duì)數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合除法電路的輸出電壓正比于其兩個(gè)輸入電壓相除所得的商 ,所以利用對(duì)數(shù)電 路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路 ,可得除法運(yùn)算電路的方框圖 :u I1 u I1ln u u -I1I2

5、ln lnu I2 u I2ln 2.2 模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中的應(yīng)用利用反函數(shù)型運(yùn)算電路的基本原理 ,將模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中 , 便可構(gòu)成除法運(yùn)算電路。該課程設(shè)計(jì)是做一個(gè)二輸入的除法電路 ,而因此需要利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路 實(shí)現(xiàn)或者用模擬乘法器在集成運(yùn)放反饋通路中的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。在產(chǎn)生正、負(fù)電源的實(shí)用電路中 ,多采用全波整流電路 ,最常用的是單向橋式整 流電路 ,即將四個(gè)二極管首尾相連 ,引出兩根線接變壓器 ,另外兩個(gè)接后面電路 ,并將橋 式整流電路變壓器副邊中點(diǎn)接地 ,并將二個(gè)負(fù)載電阻相連接 ,且連接點(diǎn)接地。電容濾 波電路利用電容的充放電作用 ,使輸出電壓趨于平滑。

6、方案一是利用對(duì)數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合來設(shè)計(jì)的,運(yùn)算放大器 uA741要四個(gè),電阻也很多 ,對(duì)焊接有很大的要求 ,要焊的器件比較多 ,相對(duì)來 說比較復(fù)雜。方案二是利用模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中的應(yīng)用 ,uA741 只要一個(gè) ,電阻也很少 ,焊接起來比較方便。因此選用方案一作為本課題的原理方 案。圖 1 對(duì)數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合原理圖對(duì)數(shù)電路 對(duì)數(shù)電路 差分比例運(yùn)算電路 指數(shù)電路 I2I1O u u u =3 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1對(duì)數(shù)運(yùn)輸電路設(shè)計(jì)方案圖 2 對(duì)數(shù)運(yùn)輸電路原理圖由二極管方程知 (1T U D S i I e =-當(dāng) D T u U

7、時(shí):D U D S i I e 或: 利用“虛地”原理,可得:D I O D S S S ln ln ln R T T T i i u u u U U U I I I R=-=-=- 用三極管代替二極管可獲得較大的工作范圍。3.2 差分比例運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案圖 3 差分比例運(yùn)算電路原理圖電路只有二個(gè)輸入 ,且參數(shù)對(duì)稱 ,則:u R =-ln D D T S i u U IF O I2I1(R u u3.3 指數(shù)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案圖 4 指數(shù)運(yùn)算電路原理圖當(dāng) u I 0 時(shí),根據(jù)集成運(yùn)放反相輸入端 “虛地”及“虛斷”的特點(diǎn) ,可得:所以: 可見,輸出電壓正比于輸入電壓的指數(shù)。3.4橋式整流電容濾波集

8、成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)方案圖 5 橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路原理圖該直流源采用單相橋式整流法進(jìn)行整流 ,用電容濾波電路進(jìn)行濾波 ,采用穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。原理分析:直流電源的輸入電壓為 220v 的電網(wǎng)電壓 ,一般情況下 ,所需直流電壓 的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較大 ,因而需要通過電源變壓器降壓后 ,在對(duì)交流電 壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整 流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓 ,即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓。穩(wěn)壓電路濾波電路單相橋式整流電路C2440nFC3 440nF U1 LM7812CTLINE VREGCOMMONVOLTAGE

9、U2 LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC4 1uFC5 1uFD1 1N4007D2 1N4007D3 1N4007 D41N40078 R1 1k? R2 1k?C1 3.3mF C6 3.3mF LED1LED2 1 8 D5 1N4007 D61N40075 10 T1TS_AUDIO_10_TO_1V1 220 Vrms50 Hz 0 79 3264BE I I I S S 0e eTTu u U U u i I I =BE I I S S eTu u U U i I I=(a(b為了減小電壓的脈動(dòng) ,需通過低通濾波電路的濾波 ,使輸出電壓平滑。理想情況 下

10、,應(yīng)將交流分量全部濾掉 ,使濾波電路的輸出機(jī)僅為直流電壓。單相橋式整流電路 :圖 6 單相橋式整流電路原理圖O AV 2O AV L LU 0.9U I R R (=2O1m O(AV242322U U S U U =O(AV22201222sin td(0.9U U t U U=? O 22442(cos 2cos 4315u U t t - =(1 u2 0時(shí),電流由+流出,經(jīng) D1、RL 、D2流入-。 (2 u2 0時(shí),電流由-流出,經(jīng) D3、RL 、D4流入+。電容濾波電路 :圖 7 電容濾波電路輸出電壓波形圖4VD1VD 3VD2VD LR1T1A3A4A2A3T2T當(dāng)負(fù)載開路時(shí)

11、: O(AV22U U = 當(dāng) RLC =(35T/2 時(shí) O AV 2U 1.2U (考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng) ,電容的耐壓值應(yīng)大于 1.122 。 脈動(dòng)系數(shù) S :約為 10% 20%。 電容濾波電路利用電容的充放電作用 ,使輸出電壓趨于平 滑。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 : 內(nèi)阻 Ro :I Oo OU U R I =常數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) Sr :L L O O O Ir I II O/ / R R U U S U U U U =? 常數(shù)常數(shù)方案一的總原理圖 :圖 8 總原理圖其中:4321,A A A A 均為 uA741,321,T T T 均為 2N2219。Omax Omin O AV 2U U U 2(1

12、24L TU R C=-(+=O1m O(AV141L U S R C U T4 總原理圖及元器件清單圖 9 實(shí)際總原理圖O1I2O u Ku u =因?yàn)?12II = ,所以 則: 參數(shù)計(jì)算: 選 =K R R 121,則 102I I u u ku =- 元件清單如表 1:表 1 元件清單表元件序號(hào) 型號(hào)主要參數(shù) 數(shù)量 備注（單價(jià) R1、R2、R 各 1個(gè) AC1 3300uF 2 5角（舊 C2 0.1uF 2 C3 220uF 2 5角 C40.22uF 2 二極管 1N40076 1 角 發(fā)光二極管2 三端穩(wěn)壓管 W7812 W7912 各 1 個(gè) 1 塊 放大集成塊 uA741 4

13、 1 塊變壓器副邊電壓為 30V1O1I1I2O122u u Ku u R R R =-=-2I1O 1I2R u u R K u =-5 性能測(cè)試與分析5.1除法運(yùn)算電路的安裝按照原理圖正確焊接電路 ,焊接時(shí)各器件布局合理 ,導(dǎo)線之間無交叉現(xiàn)象 ,焊點(diǎn)要 實(shí),不能虛焊 ,否則電路處于開路狀態(tài) ,將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。晶體管安裝時(shí)各管腳不要接錯(cuò)。注意集成塊的 7號(hào)和 4號(hào)腳要接直流電源 ,其中 7號(hào)腳接+12v ,4號(hào)腳接-12v ,其他不要接的腳均要焊上而不能懸空。5.2除法運(yùn)算電路的調(diào)試由于該實(shí)驗(yàn)使用的是小信號(hào)直流電源 ,故在接線時(shí)將兩輸入端接在直流小信號(hào) 區(qū)域,注意三個(gè)地要接上。線路接好后

14、,慢慢調(diào)節(jié)輸入信號(hào) ,用萬用表的直流檔測(cè)試輸出電壓 0U 。 若開始 不成功,再試幾次 ,不行的話就要檢查電路是否有問題?？梢园凑找韵虏襟E測(cè)試 :(1用萬用表檢測(cè)輸入電壓 1I u 和 2I u 兩處電壓是否在理論范圍內(nèi)。 (2用萬用 表測(cè)量直流電源是否有 -12v 、+12v 。(3若上述兩者均正常再測(cè)試 1o u 、2o u ,看兩處是否有電壓 ,若有再進(jìn)行下步。 (4測(cè)3o u 處的輸出電壓 ,為零,說明正常。最后歸結(jié)原因是輸入電壓沒調(diào)好的問題。 在正確的電路條件下至少測(cè)量 5 次輸入和與之對(duì)應(yīng)的輸出。5.3直流的安裝各元器件按理論電路圖正確焊接 ,注意布局緊密 ,不出現(xiàn)虛焊或漏焊。 注

15、意 7812 和 7912 管腳的接法。5.4直流電源的調(diào)試接通電源后 ,靜置一會(huì)待電路穩(wěn)定后沒出現(xiàn)任何故障 (如芯片被燒等再進(jìn)行測(cè)量 , 若出現(xiàn)類似狀況應(yīng)立即斷開直流電源 ,檢查問題所在再進(jìn)行測(cè)量。用示波器觀察輸 出波形。用萬用表分別測(cè)量變壓器原、副邊線圈的輸出電壓,濾波后的輸出電壓,7812,7912的輸入和輸出電壓。6 性能測(cè)試與分析6.1測(cè)試(1除法電路部分測(cè)試接通電源后 ,將電路板的各管腳接好 ,1I u 、2I u 分別接兩個(gè)輸入端。由于有兩 個(gè)變電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 量對(duì)觀察 uo 帶來不變，在研究 uo 的變化趨勢(shì)是 常常用控制變量法，即 u I 1 、u I 2 中的一個(gè)

16、 不變，一個(gè)變化引起 uo 變化并觀察 它的變化趨勢(shì)。 在該實(shí)驗(yàn)中讓 u I 2 不變，橫為 5V， u I 1 逐級(jí)改變 的值分別測(cè)出 uo 并記錄到表 2：表 2 數(shù)值記錄表 U I 1 （V） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 （2 直流電源部分測(cè)試： U I 2 （V） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 U o（ V） -1 -1.8 -2.7 -3.7 - 4.7 -5.7 -6.7 -7.7 -8.7 -9 -9.2 -9.4 將自己焊好的直流電源電路板插上 220V 交流電 源，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況判 斷直流電源的好壞。接著

17、進(jìn)行一系列測(cè)量。 三 端穩(wěn)壓管 7812、7912 的輸出電壓分別為 : ?u7812 = +3.5V , ?u7912 = -3.5V 副邊電 壓 u副 = 26V 變壓器輸出電壓 uo1 = +12V , uo 2 = -12V 6.2 分析與誤差計(jì)算 根據(jù)除 法電路輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系有 : uo = - K= R2 uI 1 . R1 u I 2 K1 + K 2 + K 3 + K 4 + K 5 + K 6 + K 7 + K8 + K 9 + K10 10 理論值 K=0.1。 絕對(duì)誤差 =測(cè)量值 -理論 值 =K-0.1。 8電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 7 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過為期

18、一周的課程設(shè)計(jì)，我深刻體 會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺到自己 知識(shí)的不足，自己原來所學(xué)的東西 只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根 本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有 很多問題。 真正的能將自己的所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是 最大的收獲， 也就是 說真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。 設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路， 所要考慮的 問題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。 通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與操作，學(xué)到了 很多實(shí)驗(yàn)操作的方法與技巧，如檢查錯(cuò)誤 的方法、一些變量的測(cè)量方法。也鞏固 了所學(xué)的理論知識(shí)，當(dāng)然也得出了一些總結(jié)與心 得。整體來說整個(gè)實(shí)驗(yàn)是個(gè)考驗(yàn) 過程，檢驗(yàn)?zāi)愕哪托?、處理能力以及信心，做事所需?的素質(zhì)。 本次課程設(shè)計(jì)要 求多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用，鍛煉了設(shè)計(jì)者的動(dòng)手能力，加深了對(duì)各個(gè) 學(xué)科的理解和 掌握。 總之，通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。 而且提高 了我考慮問題，分析問題的全面性以及動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力 有了一個(gè)很大的 提高。 9電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 參考文獻(xiàn) 1 陳有卿 .實(shí)用電子制作精選 M. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1994. 2 童詩白，徐振英 .現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用 M.北京：高等教育 出版社， 1994. 3