開(kāi)方運(yùn)算電路

1、開(kāi)方運(yùn)算電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求。1 用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)方運(yùn)算電路；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（±12V）；二、方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，即要設(shè)計(jì)出一個(gè)可以把輸入的電壓Ui進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算后，成輸出電壓Uo輸出的電路，可以通過(guò)利用模擬乘法器集成塊和集成塊UA741來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。并且各個(gè)芯片的電源可用直流電源提供。 方案一、 1、 直流電源部分 電路可把220V的交流電變成+12V和-12V的直流電： 2、 開(kāi)方運(yùn)算電路部分 電路可以把輸入的電壓V1（必須要小于零的值）進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算成輸出電： 上圖是防止閉鎖的開(kāi)方運(yùn)算電路 方案二、 1、 直流電源部

2、分 電路可把220V的交流電變成+12V和-12V的直流電： 2、 開(kāi)方運(yùn)算電路部分 電路可以把輸入的電壓Vx1(可以是正值)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算成輸出電壓Vo： 即先通過(guò)一個(gè)集成塊UA741的作用將原來(lái)的正電壓Vx1變成負(fù)電壓Vo1再輸入到后面的模擬乘法器中，從而實(shí)現(xiàn)所要的效果。方案三、 1、 直流電源部分 電路可把220V的交流電變成+12V和-12V的直流電： 原理電路圖和上述兩方案的一樣。2、 開(kāi)方運(yùn)算電路部分 電路可以把輸入的電壓Vo1(可以是正值)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算成輸出電壓Vo：同方案二中的作用一樣，先將輸入的正電壓Vo1通過(guò)UA741變?yōu)樨?fù)電壓后輸入到模擬乘法器中以實(shí)現(xiàn)功能。方案論證: 我選

3、的是第一個(gè)方案，上述三個(gè)方案均可以實(shí)驗(yàn)開(kāi)放運(yùn)算電路的功能。方案一的電路簡(jiǎn)潔利于焊接可以節(jié)省元器件，但是該方案在調(diào)試的時(shí)候輸入端只能輸入負(fù)電壓，只有這樣才進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，否則電路會(huì)變成正反饋。方案二和三的電路過(guò)多焊接不方便而且這樣浪費(fèi)了很多元器件。不過(guò)在實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)，輸入端可以輸入正電壓。 三個(gè)方案比較下，方案二和三雖然可以是輸入端電壓是正值，但是卻浪費(fèi)了不少的元器件。而兩個(gè)方案的最后結(jié)果是一樣的，為了節(jié)省支出，所以選擇了第一個(gè)方案。只需要在輸入電壓的時(shí)候?qū)⑤斎攵朔唇蛹纯蓪?shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算電路的功能。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、直流電源的參數(shù)設(shè)計(jì)提供的是220V的交流電源要變?yōu)?2V直流電， 變壓器用

4、220V15V規(guī)格的，選的三端穩(wěn)壓器為：LM7812、LM7912，整流用的二極管可用1N4007 ，電解電容用3300uf C2和C3可用0.47uf，C4、C5、C7、C8可用1uf ，發(fā)光二極管上的R用 1K。2、集成模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)相乘的器件，它廣泛用于乘法、除法、乘方和開(kāi)方等模擬運(yùn)算，同時(shí)也廣泛用于信息傳輸系統(tǒng)作為調(diào)幅、解調(diào)、混頻、鑒相和自動(dòng)增益控制電路，是一種通用性很強(qiáng)的非線性電子器件，目前已有多種形式、多品種的單片集成電路，同時(shí)它也是現(xiàn)代一些專(zhuān)用模擬集成系統(tǒng)中的重要單元。 （1）、模擬乘法器的基本特性模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)（連續(xù)變化的電壓或電流）相乘作用的電

5、子器件，通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，電路符號(hào)如圖1所示。 圖1 若輸入信號(hào)為, ,則輸出信號(hào)為：=k 式中： k為乘法器的增益系數(shù)或標(biāo)尺因子，單位為V.根據(jù)兩個(gè)輸入電壓的不同極性，乘法輸出的極性有四種組合，用圖2所示的工作象限來(lái)說(shuō)明。 圖2 若信號(hào)、均限定為某一極性的電壓時(shí)才能正常工作，該乘法器稱(chēng)為單象限乘法器；若信號(hào)、中一個(gè)能適應(yīng)正、負(fù)兩種極性電壓，而另一個(gè)只能適應(yīng)單極性電壓，則為二象限乘法器；若兩個(gè)輸入信號(hào)能適應(yīng)四種極性組合，稱(chēng)為四象限乘法器。 （2）、模擬乘法器集成塊的管腳以及分配 上述圖示就是模擬乘法器AD633JN的結(jié)構(gòu)示意圖。 上述圖就是模擬乘法器AD633JN的管腳分配。 （

6、3）、開(kāi)方運(yùn)算電路 圖3 開(kāi)方運(yùn)算電路圖3所示為開(kāi)方運(yùn)算電路， ， 所以有顯然，Uo是Ux的平方根。因此只有當(dāng)U1為負(fù)值時(shí)才能開(kāi)平方，也就是說(shuō)U1為負(fù)值電路才能實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋的閉環(huán)。圖中的二極管即為保證這一點(diǎn)而接入的。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2 元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（單價(jià)）普通電阻R11k40.1元/個(gè)普通電阻R210K10.1元/個(gè)大電阻R31M10.2元/個(gè)電解電容C13.3mf21.5元/個(gè)普通電容C20.22mf20.4元/個(gè)普通電容C3470nf20.2元/個(gè)普通電容C4220nf20.2元/個(gè)整流二極管1N400770.1元/個(gè)三端穩(wěn)壓管781211.0元/個(gè)

7、三端穩(wěn)壓管791211.0元/個(gè)發(fā)光二極管紅10.1元/個(gè)發(fā)光二極管白10.3元/個(gè)集成運(yùn)放UA74111.0元/個(gè)模擬乘法器AD633JNK=0.1112元/個(gè)底座20.2元/個(gè)變壓器輸出電壓15v15.0元/個(gè)夾子紅、黑110.15元/個(gè)中電路板11.8元/個(gè)大電路板12.8元/個(gè)五、安裝與調(diào)試 1.直流穩(wěn)壓電源 （1）按所設(shè)計(jì)得電路圖焊接好電路板。 （2）用萬(wàn)用表測(cè)得變壓器副邊電壓（交流電壓）：+14V和-14V。 集成塊7812的輸入電壓Ui=18.3V 輸出電壓Uo=11.9V 電壓差U=6.1V 集成塊7912的輸入電壓Ui=-18.3V 輸出電壓Uo=-11.9V 電壓差U=-6

8、.2V 電路的輸出電壓：+11.9V和-11.9V （3）測(cè)量期間曾老師明確提出變壓器的副邊電壓是交流電，萬(wàn)用表應(yīng)打至交流電壓檔。而集成塊7812和7912的相關(guān)電壓以及電路的輸出電壓都是直流電壓，萬(wàn)用表打至直流電壓檔。2、 開(kāi)放運(yùn)算電路 （1）按所設(shè)計(jì)得電路圖焊接好電路板。 （2）用萬(wàn)用表測(cè)得 即通過(guò)改變輸入電壓Ui，可改變輸出電壓Uo . （3）測(cè)量期間曾老師抽測(cè)了當(dāng)輸入電壓為4V時(shí)，輸出電壓為2V 。六、性能測(cè)試與分析 1直流穩(wěn)壓電源（1）數(shù)據(jù)記錄：分別用萬(wàn)用表的相對(duì)的檔測(cè)的以下數(shù)據(jù),如下, 變壓器副邊電壓（交流電壓）：+14V和-14V。 集成塊7812的輸入電壓Ui=18.3V 輸出

9、電壓Uo=11.9V 電壓差U=6.1V 集成塊7912的輸入電壓Ui=-18.3V 輸出電壓Uo=-11.9V 電壓差U=-6.2V 電路的輸出電壓：+11.9V和-11.9V （2）數(shù)據(jù)處理： a集成塊電壓差的相對(duì)誤差： LM7812: LM7912： b輸出直流電壓相對(duì)誤差： 正輸出電壓： 負(fù)輸出電壓： 相對(duì)誤差應(yīng)該在05%之間，而上面的結(jié)果都符合，所以結(jié)果合理。2 開(kāi)放運(yùn)算電路 （1）數(shù)據(jù)記錄：用兩個(gè)萬(wàn)用表分別測(cè)輸入端和輸出端的電壓,如下, （2）數(shù)據(jù)處理：根據(jù)公式可算的相對(duì)誤差，可得上述數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差依次是：3.3% ，0 ，4% , 3.3% , 2.8% ，1% ，1.2% ，1

10、% ，1.8% 。相對(duì)誤差應(yīng)該在05%之間，而上面的結(jié)果都符合，所以結(jié)果合理。3. 誤差計(jì)算與分析 （1）、相對(duì)誤差的計(jì)算在上面已經(jīng)計(jì)算，相對(duì)誤差都在5%之內(nèi)，說(shuō)明試驗(yàn)的結(jié)果符合試驗(yàn)要求，并沒(méi)有太大的誤差； （2）、電路中的電阻并不一定是標(biāo)準(zhǔn)值的電阻； （3）、 在做開(kāi)方運(yùn)算電路時(shí)，兩個(gè)集成塊輸入電壓并不是標(biāo)準(zhǔn)的正負(fù)12V電壓，導(dǎo)致開(kāi)放運(yùn)算電路的結(jié)果出現(xiàn)誤差； （4）、在讀萬(wàn)用表的讀數(shù)時(shí)，由于是人眼讀的數(shù)，不是很精確造成的誤差； （5）、由于焊接的電路不是最佳的連接方式，導(dǎo)致后面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。 （6）、輸入的直流信號(hào)源帶負(fù)載能力較差，當(dāng)接上負(fù)載時(shí)輸入會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)隨著時(shí)間會(huì)衰減。 七、

11、結(jié)論與心得1、結(jié)論： （1）、直流電源輸出的電壓不是嚴(yán)格的±12V，有一定的誤差； （2)、模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)模擬量相乘的非線性電子器件，利用它可以方便地實(shí)現(xiàn)乘、除、乘方和開(kāi)方運(yùn)算電路； （3）、利用乘方運(yùn)算電路作為集成運(yùn)放的負(fù)反饋通路，即可構(gòu)成開(kāi)方運(yùn)算電路； （4）、為了防止閉鎖現(xiàn)象的出現(xiàn)，實(shí)用電路中常在輸出回路中串聯(lián)一個(gè)二極管。 2、心得體會(huì)：經(jīng)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)。我知道,雖然平時(shí)上課了，對(duì)理論知識(shí)有了一點(diǎn)的了解，在課程設(shè)計(jì)時(shí)也有一定印象，但是真正到了要計(jì)算時(shí)才發(fā)現(xiàn)有困難。由于缺少練習(xí)，有的地方分析起來(lái)不是很清晰，以后一定要加強(qiáng)練習(xí)和理論知識(shí)的鞏固。本次課程設(shè)計(jì)我運(yùn)用了mult

12、isim這個(gè)軟件來(lái)進(jìn)行仿真電路,依然還有一些地方不是很懂。尤其是模擬乘法器上的運(yùn)用，看來(lái)以后要多去運(yùn)用這些仿真軟件，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。對(duì)于我們工科的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在今后的工作是一定要很強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力的。而這次課程設(shè)計(jì)就是為了考驗(yàn)我們自己的動(dòng)手能力而進(jìn)行的，所以這是一次很好的加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，運(yùn)用到了大量書(shū)本上的內(nèi)容，并且還用了好多書(shū)本上之外的內(nèi)容。通過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)，我明白了要成功的設(shè)計(jì)好一個(gè)電路，一定要有耐心和細(xì)心。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，原理的理解和原理圖的設(shè)計(jì)是最重要也是很難的一個(gè)過(guò)程。要用到自己的課本上學(xué)到的知識(shí)，以及很多課本之外的東西。其次就是在購(gòu)買(mǎi)元器件上，由于模擬乘法器的市區(qū)的電子器件店并沒(méi)有貨，所以只有通過(guò)其他的路徑才買(mǎi)