積分、微分、比例運(yùn)算電路要點(diǎn)

1、模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：積分、微分、比例運(yùn)算電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)積分、微分和比例功能的運(yùn)算電路。用開關(guān)控制也可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)積分、微分或比例功能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（土12V）二、方案設(shè)計(jì)與論證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）,為運(yùn)算電路提供偏置電源。此電路設(shè)計(jì)要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分運(yùn) 算等功能。即在一個(gè)電路中利用開關(guān)或其它方法實(shí)現(xiàn)這三個(gè)功能。萬案一：用三個(gè)Ua741分別實(shí)現(xiàn)積分、微分和比例功能，在另外加一個(gè) Ua741構(gòu)成比 例求和運(yùn)算電路，由于要單獨(dú)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)功能，因此在積分、微

2、分和比例運(yùn)算電 路中再加入三個(gè)開關(guān)控制三個(gè)電路的導(dǎo)通與截止，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。缺點(diǎn)：開關(guān)線路太多，易產(chǎn)生接觸電阻，增大誤差。此運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 所需元器件多，制作難度大，成本較高。并且由于用同一個(gè)信號源且所用頻率不 一樣，因此難以調(diào)節(jié)。流程圖如下：積分運(yùn)算電路 微分運(yùn)算電路 二比例求和運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 圖1萬案一：用一個(gè)Ua741和四個(gè)開關(guān)一起實(shí)現(xiàn)積分、微分和比例功能，并且能夠單獨(dú)實(shí) 現(xiàn)積分、微分或比例功能。優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，所需成本較低。電路圖如下：_1N4745A1N4745A圖2三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、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（土12V）其流程圖

3、為：圖3直流電源電路圖如下:D5?R11N6I圖4原理分析：(1)電源變壓器：由于要產(chǎn)生土 12V的電壓，所以在選擇變壓器時(shí)變壓后副邊電壓應(yīng)大于24V,由現(xiàn)有的器材可選變壓后副邊電壓為 30V的變壓器。(2)整流電路:原理分析：橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組,根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通， 將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電 阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè) 單方向的脈動電壓。圖6整流輸出電壓的平均值(即負(fù)載電阻上的直流電壓 VL) Vl定義為整流輸出電壓Vl在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即設(shè)變壓器副邊線圈的輸出電壓為 %=或匕

4、做血,整流二極管是理想的。則 根據(jù)橋式整流電路的工作波形，在 V的正半周，V. = V ,且VJ勺重復(fù)周期為 p ,所以L現(xiàn)I L第Jo 3旅？上式也可用其它方法得到，如用傅里葉級數(shù)對圖XX_01中Vl的波形進(jìn)行分解 后可得/- (2444、Vl = 2VyCOS2dJtCOS4t2JtCD56M L 為加3 口15135冗)% =二為 0 9%式中恒定分量即為負(fù)載電壓 VL的平均值，因此有 I 12整流元件參數(shù)：在選擇整流二極管時(shí)，主要考慮兩個(gè)參數(shù)，即最大整流電流和反向擊穿電壓。在橋式整流電路中，二極管 D1、D3和D2、D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng) 每個(gè)二極管的平均電流為,1 71 &a

5、mp; 9K 0 45%D=一=22 &%在選擇整流管時(shí)應(yīng)保證其最大整流電流IF > ID 。二極管在截止時(shí)管子兩端承受的最大反向電壓可以從橋式整流電路的工作 原理中得出。在v2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。此時(shí)D2、D4所承 受的最大反向電壓均為v2的最大值，即加=也與同理，在v2的負(fù)半周，D1、D3也承受到同樣大小的反向電壓。所以，在選 擇整流管時(shí)應(yīng)取其反向擊穿電壓 VBR > VRM。濾波電路。其電路圖如下:圖7電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓 VL較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，故適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合。所以在選擇電容時(shí) 其耐壓值

6、應(yīng)大于1.4V2,電容越大越好，其級別應(yīng)在千 uF以上。穩(wěn)壓電路啟動電路基準(zhǔn)電壓電路L 二.-一1距 r +2y的區(qū)+電+及1郎取樣比較放大電路和調(diào)整電路保護(hù)電路對于本實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)壓電路，主要使用了集成塊：78系列。目前，電子設(shè)備中常使用輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器。由于它只有輸入、 輸出和公共引出端，故稱之為三端式穩(wěn)壓器。78X X系列輸出為正電壓，輸出電流可達(dá) 1A,如78LXX系列和78MX X系列的輸出電流分別為0.1A和0.5A。它們的輸出電壓分別為5V、6V、9V、 12M 15V、18V和24V等7檔。和78XX系列對應(yīng)的有79XX系列，它輸出 為負(fù)電壓，如79M12表示輸出電壓為-12

7、V和輸出電流為0.5A。由于本實(shí)驗(yàn)要產(chǎn)生土 12V的恒流源，所以在選擇集成塊時(shí)選7812和7912。2、積分、微分、比例運(yùn)算電路電路圖(1)比例運(yùn)算電路參數(shù)計(jì)算:由于“虛斷”，i+= 0 , u+ = 0 ;由于“虛短”，u-= u+ = 0“虛地”Ui -u 二 U-UoR1一 RfUoUiRfR反相輸入端“虛地”，電路的輸入電阻為 Rf = R1引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電路的輸出電阻為Rf =0該實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的比例系數(shù)為-10,由uo=-(R5/R1)uI推出R5/R1=10(2)積分運(yùn)算電路參數(shù)計(jì)算:由于“虛地”，U- = 0 ,故Uo = - Uc由于“虛斷"，i I = i

8、c，故 Ui = i IR = i CR1 . .1.uO = -uC = - 1cdt = uIdtCRCr = RC-積分時(shí)間常數(shù)輸入電壓為階躍信號，當(dāng)t& to時(shí)，Ui = 0 , Uo = 0。當(dāng)to < t < t 1時(shí),Ui = U I =常數(shù),Uo-uIdt 口RCUiRC(t -to)即輸出電壓隨時(shí)間而向負(fù)方向直線增長。當(dāng)t > t 1時(shí)，u I = 0 , Uo保持t = t 1時(shí)的輸出電壓值不變。實(shí)現(xiàn)的波形變換為方波變?nèi)遣?3)微分運(yùn)算電路參數(shù)計(jì)算：由于“虛斷”，i - = 0 ,故iC = i r又由于“虛地"，u+ = u- = 0

9、dueUo = HrR = TcR = -RCd-C dt可見，輸出電壓正比于輸入電壓對時(shí)間的微分。微分電路的作用：實(shí)現(xiàn)波形變換，如當(dāng) RCvvT/2將方波變成尖峰脈沖。四、總原理圖及元器件清單1 .總原理圖D8D4 i1N40fl7H-1N40071011C4= 4f0nF 二段。uF 工D3£21N4Q07R1N4W）破C5 += 3.3mF 二C7 二切nF13lbsVMSKKLM7912CT-.L-A5II；iD71N4007LM7312CT-33mF X220nF% C9 + C11士470nF ±220uF二下I1H4息1 浦C1T1 470nFR5-WV2 .

10、元件清單表元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注（單價(jià)）T15AN A74110.8R1K10.05R10K10.05R20K10.05R100K10.05C3.3mF20.5C0.47 a F10.2U3LM781211U4LM791211LED20.3D1N400780.1五、安裝與調(diào)試1、安裝：按電路圖布局好電路，之后焊接好電路板。2、調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試：用萬用表對電路板進(jìn)行靜態(tài)測試，目的主要是為了防止虛焊或者漏焊。動態(tài)調(diào)試：接好電路利用示波器和函數(shù)信號發(fā)生器驗(yàn)證積分、微分和比例功能：當(dāng)為積分電路時(shí)，輸入方波信號時(shí)，調(diào)節(jié)各種數(shù)據(jù)參數(shù)，輸出應(yīng)該為 三角波信號；當(dāng)為微分電路時(shí)，輸入方波信號時(shí)，調(diào)節(jié)信號發(fā)生

11、器的頻率 使RC<<T/Z則輸出為尖峰脈沖；當(dāng)為比例運(yùn)算電路時(shí)，輸出信號應(yīng)為輸 入信號的十倍。六、性能測試與分析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)直流電源仿真波形：圖9三種功能一起實(shí)現(xiàn)時(shí)，輸入分別為正弦波三角波 方波時(shí)波形如下:圖9三種功能一起實(shí)現(xiàn)時(shí)，輸入分別為正弦波三角波 方波時(shí)波形如下: 示波翳-NJC3圖10一示源器-XSB圖11圖12積分運(yùn)算電路仿真波形（輸入為方波時(shí)輸出為三角波）例鏟 示波翠圖13微分電路仿真波形（輸入為方波時(shí)輸出為尖峰脈沖）- x sc? 1圖14比例電路仿真波形(輸出為輸入為-10倍)：ias-xsci圖15(1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：變壓器原邊電壓

12、：220V 變壓器副邊電壓：+14V -14V 穩(wěn)壓塊的輸入電壓：+18.25V -17.25V 穩(wěn)壓塊的輸出電壓：+11.75V -11.75V 比例運(yùn)算電路輸入電壓：253.8mV輸出電壓：2.53V.(2)數(shù)據(jù)處理：理論值的計(jì)算：1) 副邊電壓：+15V-15V2) 穩(wěn)壓輸出電壓：+12V-12V3)輸入正弦波電壓：253.8mv.4)輸出電壓-1.500V: 2.53V誤差計(jì)算:變壓器副邊：刀 1=(15-14)/15*100%=6.7%穩(wěn)壓電壓：4 2=(12-11.75)/12*100%=2.08%4 3=(-11.75+12)/20*100%=2.08%比例運(yùn)算電路：4 4=(1

13、0-2.53/20.2538)/10*100%=0.315%七、結(jié)論與心得完成了積分、微分、比例運(yùn)算電路及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)直流電源的制作， 之后感覺更加進(jìn)入了社會，有理論還不行一 定得考慮實(shí)際。從積分、微分電路設(shè)計(jì)中就可發(fā)現(xiàn)這一真理，而且由于所用軟件中的所有元件都為理想原件，即使達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)際運(yùn)用中也未必有效。它讓我們對書本知識有進(jìn)一步的理解。 平時(shí)在學(xué)習(xí)課本上的知識時(shí)，覺得 難以理解，對元件的認(rèn)識也很淺。但經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)制作，我們自己去市場 上購買自己需要的元件，增加了我們對元件的了解。通過這次課程設(shè)計(jì)我對模擬電子技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉和了解，實(shí)際操作起來很困難，要將實(shí)際和理論聯(lián)系起來需要不斷的下功夫，它和課本上的知識 有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個(gè)看似很簡單的電路，要動手把它設(shè)計(jì)出來就比 較困難了，因?yàn)槭窃O(shè)計(jì)要求我們在以后的學(xué)習(xí)中注意這一點(diǎn)，要把課本上所學(xué)到 的知識和實(shí)際聯(lián)系起來，同時(shí)通過本次電路的設(shè)計(jì)，不但鞏固了所學(xué)知識，也使 我們把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)