成都理工大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計報告

1、成都理工大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(論文)成都理工大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計報告學(xué) 院：核技術(shù)及自動化工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動化指導(dǎo)老師：黃洪全學(xué) 生： 學(xué) 號：目 錄摘 要2第一章 前言211電子技術(shù)簡介312電子技術(shù)課程設(shè)計的目的和意義313 課程設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟4第二章 電路設(shè)計521 Proteus ISIS簡介522 設(shè)計原理和過程522.1 用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路522.2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源722.3 用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路.823 實(shí)驗(yàn)器件824 實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)分析9241 用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路9242 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)

2、成恒流源）10243 用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路11總結(jié)12參考文獻(xiàn)13恒流源的設(shè)計摘 要 本設(shè)計運(yùn)用Proteus ISIS軟件，設(shè)計恒流源電路，在電路圖上連接萬用表進(jìn)行仿真分析。恒流源,是一種能向負(fù)載提供恒定電流的電源裝置，它在外界電網(wǎng)電源產(chǎn)生波動和阻抗特性發(fā)生變化時仍能使輸出電流保持恒定。恒流源電路具有輸出電流恒定、溫度穩(wěn)定性好、直流電阻很小但等效交流輸出電阻卻很大等特點(diǎn)。恒流范圍大致為1µA20A。它既可以為各種放大電路提供偏流以穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn),又可以作為其有源負(fù)載,以提高放大倍數(shù)。并且在差動放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中也得到了廣泛應(yīng)用，可分為直流穩(wěn)壓源，集成

3、運(yùn)放恒流源。關(guān)鍵詞：Proteus ISIS；恒流源，萬用表。The design of Enlargement of the circuit Abstract The use of design Proteus ISIS software designed constant current source circuit, the circuit is connected to the multimeter simulation analysis. Constant current source, a constant current to the load to a power supply

4、 device, it is in the external power supply fluctuations and changes even when the impedance characteristic of the output current remains constant. Constant current source circuit with constant output current, good temperature stability, the DC resistance equivalent AC output resistance is small but

5、 has great features. Constant current range is approximately 1A 20A. It can provide a variety of amplification bias circuit to stabilize its quiescent operating point, but also as an active load, in order to increase the magnification. And in the differential amplifier circuit, a pulse generating ci

6、rcuit has also been widely used, can be divided into DC power source, integrated amplifier constant current source.Key words: Proteus ISIS; Multimeter,Constant current source第一章 前言11電子技術(shù)簡介 現(xiàn)代電力電子技術(shù)(Modern Power Electronic Technique)主要以該領(lǐng)域中那些后起的，目前最具發(fā)展前景的全控型電力電子器件如Power-MOSFET、IGBT、MCT、PIC等為背景， 介紹它們的

7、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要參數(shù)、應(yīng)用特點(diǎn)，以及器件應(yīng)用中的驅(qū)動、保護(hù)等基本問題，分別介紹在硬PWM開關(guān)和軟PWM開關(guān)條件下的各類變換電 路，如DC-DC, DC-AC, AC-AC, AC-DC等變換電路的基本原理、電路特點(diǎn)、波形分析和各種負(fù)載對電路工作的影響分析和初步設(shè)計、計算。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉各種電力電子器件的特 性和使用方法，掌握各種變換電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和控制方法，獲得電力電子技術(shù)必要的基本理論、基本分析方法以及基本技能，為從事與電力電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān) 的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。 電子技術(shù)不僅大量用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的交直流輸變電裝置，更廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個領(lǐng)域中

8、各種電機(jī)的交直流調(diào)速，材料加工領(lǐng)域中各種加熱電源(如中高頻 感應(yīng)加熱電源、焊接電源等)的能量輸出控制等。隨著技術(shù)的發(fā)展，以電壓驅(qū)動的各種全控型高頻大功率器件及其功率模塊相繼出現(xiàn)，這為制造各種小巧輕便、性能 穩(wěn)定的高效率和高品質(zhì)高頻開關(guān)電源提供了條件，這類電源目前廣泛用于各種通訊設(shè)備、計算機(jī)乃至各類家電產(chǎn)品。12電子技術(shù)課程設(shè)計的目的和意義 運(yùn)用已基本掌握的具有不同功能的單元電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試方法，在單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計出具有不同用途和一定工程意義的電子裝置。深化所學(xué)理論知識，培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力，增強(qiáng)獨(dú)立分析與解決問題的能力。訓(xùn)練培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，為以后從事電子電路設(shè)計和

9、研制電子產(chǎn)品打下初步基礎(chǔ)。讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn)、設(shè)計方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求和性能參數(shù)，查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實(shí)踐活動，使電路達(dá)到性能指標(biāo)。 課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實(shí)踐，而課程設(shè)計的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已學(xué)過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法，同時，課程設(shè)計報告的書寫，為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。 13 課程設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟我們組的設(shè)計題目為恒流源，主要是運(yùn)用Proteus ISIS軟件設(shè)計電路。設(shè)計一個

10、電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對方案中的各部分進(jìn)行單元的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設(shè)計要求的完整系統(tǒng)電路圖。1.設(shè)計任務(wù)分析 對系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。 2.方案論證 這一步的工作要求是把系統(tǒng)的任務(wù)分配給若干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖。 3.方案實(shí)現(xiàn) 單元電路設(shè)計： 單元電路是整機(jī)的一部分，只有把各單元電路設(shè)計好才能提高整體設(shè)計水平。每個單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬訂出單元電路的性能指標(biāo)，與前后級之間的關(guān)系，分

11、析電路的組成形式。具體設(shè)計時，可以模仿成熟的先進(jìn)電路，也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn)，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要設(shè)計合理，各單元電路間也要相互配合，注意各部分的輸入信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系。器件選擇： 集成電路的選擇：由于集成電路可以實(shí)現(xiàn)很多單元電路甚至整機(jī)電路的功能，所以選用集成電路來設(shè)計單元電路和總體電路既方便又靈活，它不僅使系統(tǒng)體積縮小，而且性能可靠，便于調(diào)試及運(yùn)用，在設(shè)計電路時頗受歡迎。集成電路有模擬集成電路和數(shù)字集成電路。國內(nèi)外已生出大量集成電路，其器件的型號、原理、功能、特征可查閱有關(guān)手冊。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實(shí)現(xiàn)設(shè)計方案，而且要滿足功耗、電壓、速度、

12、價格等多方面的要求。 4.電路仿真： 在完成電路的初步設(shè)計后，可以用仿真軟件對電路進(jìn)行仿真。仿真可以對電路的邏輯關(guān)系、電壓、電流、波形等進(jìn)行分析，方便排除電路故障。節(jié)省硬件的調(diào)試時間，節(jié)省電子元器件的開銷。 5.安裝調(diào)試： 安裝與調(diào)試過程應(yīng)按照先局部后整機(jī)的原則，根據(jù)信號的流向逐塊調(diào)試，使各功能塊都要達(dá)到各自技術(shù)指標(biāo)的要求，然后把它們連接起來進(jìn)行統(tǒng)調(diào)和系統(tǒng)測試。調(diào)試包括調(diào)整與測試兩部分，調(diào)整主要是調(diào)節(jié)電路中可變元器件或更換器件，使之達(dá)到性能的改善。測試是采用電子儀器測量相關(guān)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與波形，以便準(zhǔn)確判斷設(shè)計電路的性能。裝配前必須對元器件進(jìn)行性能參數(shù)測試。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的不同，有時需進(jìn)行印制電路板設(shè)

13、計制作，并在印制電路板上進(jìn)行裝配調(diào)試。第二章 電路設(shè)計21 Proteus ISIS簡介Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。它不僅具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。還是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，將單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合，還能提供軟件調(diào)試功能，具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)。22 設(shè)計原理和過程基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構(gòu)成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。構(gòu)成恒流源電

14、路的基本原則：恒流源電路就是要能夠提供一個穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應(yīng)該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態(tài)的BJT 或者M(jìn)OSFET來實(shí)現(xiàn)。為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定，就必須要滿足兩個條件：a）其輸入電壓要穩(wěn)定輸入級需要是恒壓源；b）輸出晶體管的輸出電阻盡量大（最好是無窮大）輸出級需要是恒流源。對于輸入級器件的要求：因?yàn)檩斎爰壭枰呛銐涸?，所以可以采用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結(jié)二極管就具有這種特性指數(shù)式上升的伏安特性；另外，把增強(qiáng)型MOSFET的源-漏極短接所構(gòu)成的二極管，也

15、具有類似的伏安特性拋物線式上升的伏安特性。在IC中采用二極管作為輸入級器件時，一般都是利用三極管進(jìn)行適當(dāng)連接而成的集成二極管，因?yàn)檫@種二極管既能夠適應(yīng)IC工藝，又具有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。對于這些三極管，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對應(yīng)的二極管具有較好的恒壓性能。對于輸出級器件的要求：如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小Evarly效應(yīng)（基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)），即要盡量提高Early電壓。如果采用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小其溝道長度調(diào)制效應(yīng)和襯偏效應(yīng)。因此，這里一般是選用長溝道MOSFET ，而不用短溝道器件。22.1用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電路如上圖，

16、此電路是同相輸入電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。V1是4V的輸入電壓，導(dǎo)線4與導(dǎo)線1之間是輸出電壓V0，導(dǎo)線1與導(dǎo)線0之間是反饋電壓Vf，R3是負(fù)載電阻RL,R2是反饋電阻Rf。由理想運(yùn)放特性可知：VfV1,IL=If，則I0=IL=If=Vf/RfV1/Rf，即：I0=V1/Rf（2）。若V1、Rf一定，I0=Vi/Rf（2）也是定值。當(dāng)負(fù)載電阻RL增大（在一定范圍內(nèi)）時，輸出電流I0=IL=If會減小。但是由于引入了負(fù)反饋，電路會自動調(diào)整，使輸出電流增大回到設(shè)定值。 由公式（2）可知，當(dāng)V1值固定，改變Rf就會輸出一個電流。這樣恒流源的電流輸出就可根據(jù)需要設(shè)定了。 缺點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)中理想運(yùn)放難以實(shí)現(xiàn)這種

17、情況適用于理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者在精度低的恒流源場合中實(shí)現(xiàn)。22.2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源 電路如上圖所示，V1是9V的輸入電壓，由于采用7805三端集成穩(wěn)壓器導(dǎo)線4與導(dǎo)線0（或2）之間是5V的固定輸出電壓V0，R1是負(fù)載電阻，導(dǎo)線0上的電流為靜態(tài)電流I0（萬用表3所示電流）。最后的輸出電流I=V0/R1+I0=I1+I0，V0/R1的電流I1是萬用表2所示電流。所以最終只要改變負(fù)載電阻R1的值就能改變輸出電流的大小。22.3用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電路如上圖所示，D1是一個Vz=6V的穩(wěn)壓管，由上圖電路特性知運(yùn)放的V+=Vz=6V，而運(yùn)放在電路中構(gòu)成的是一個電壓跟

18、隨器，所以V- =V+=Vz=6V,輸出電流I=Vz/R1=6/R1，輸出電流如萬用表1所示。所以最終只要改變R1的阻值就能改變輸出電流的大小了。23 實(shí)驗(yàn)器件：元件類型型號主要參數(shù)單組數(shù)量變壓器帶中間抽頭16V，40W1個二極管IN40024個獨(dú)石電容0.1F5個電解電容1000F，25V2個100F，25V3個三端穩(wěn)壓器LM78121個LM79121個LM78051個電源線帶插頭1條萬能板17cm*22cm1個焊錫絲1.0mm2米單股導(dǎo)線0.3mm23米元件類型型號主要參數(shù)單組數(shù)量三極管90134個穩(wěn)壓管5V2個獨(dú)石電容0.1F1個電解電容470F3個10F1電阻2K2個1001個4.7K

19、3個6.8 K2個15K2個20K1個10 K5個電位器27K1個100 K1個1K1個1001個10K1個運(yùn)算放大器LM358DIP封裝1個焊錫絲1.0mm2米單股導(dǎo)線0.3mm23米IC插座8pin1個萬能板17cm*22cm1個24 實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)分析241 用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電流最小為0.1微安時，電阻R2=40兆歐，所以理論上的I0=4V/40M=100nA，仿真測得I0=100.023nA。電流最大為500mA時，電阻R2=8歐，所以理論上的I0=4V/8=500mA,仿真測得I0=499.969mA.實(shí)驗(yàn)誤差比較小，大致上可以忽略不計?？梢圆捎么穗娐穪碓O(shè)計可調(diào)恒流源電路設(shè)

20、計。242 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源電流最小為0.1微安時，仿真測得I1=I0=電流最大為500mA時，仿真測得,I1=I0=由于靜態(tài)電流I0遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了恒流源可調(diào)范圍的最小電流了，因此該電路不滿足原電路設(shè)計的要求。243用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電流最小為0.1微安時，電阻R1=60兆歐，所以理論上的I0=6V/60M=100nA，仿真測得I0=100.034nA。電流最大為500mA時，電阻R1=12歐，所以理論上的I0=6V/12=500mA,仿真測得I0=500.154mA.實(shí)驗(yàn)誤差較小，基本可以忽略不計，可以采用此電路來設(shè)計可調(diào)恒流源電路?？偨Y(jié)在本次實(shí)驗(yàn)中我們小組的題目是“放大電路”。這次課程設(shè)計讓我明白了很多關(guān)于電力電子技術(shù)方面的知識，尤其是在課本中沒有