模擬電路課程設計報告 開方運算電路

1、模擬電路課程設計報告設計課題：開方運算電路專業(yè)班級：10電氣技術教育學生姓名：李杰學號：100805005指導教師：劉玲麗設計時間：2011年12月29日開方運算電路、設計任務與要求。.用模擬乘法器設計一個開方運算電路；.用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的正負直流電源（12V）。二、方案設計與論證根據(jù)設計要求，即要設計出一個可以把輸入的電壓Ui進行開方運算后，成輸出電壓Uo輸出的電路，可以通過利用模擬乘法器集成塊和集成塊UA741來實現(xiàn)這一功能。并且各個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:9D11N4007C7

2、220uFQR1住1U1率? LED_GREEN_RATED0 rU2LED_GREEN_RATEDD2 1N4007C8 220uF1N40072、開方運算電路部分電路可以把輸入的電壓V1（必須要小于零的值）進行開方運算成輸出電Uo：上圖是防止閉鎖的開方運算電路XMM1方案二、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:GREEN_RATEDGREEN_RATED圖52、開方運算電路部分電路可以把輸入的電壓Vx1（可以是正值）進行開方運算成輸出電壓Vo：圖6即先通過一個集成塊UA741的作用將原來的正電壓Vx1變成負電壓Vol再輸入到后面的模擬乘法器中，從而實現(xiàn)所

3、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、開方運算電路部分電路可以把輸入的電壓Vo1（可以是正值）進行開方運算成輸出電壓Vo：圖7同方案二中的作用一樣，先將輸入的正電壓Vol通過UA741變?yōu)樨撾妷汉筝斎氲侥M乘法器中以實現(xiàn)功能。方案論證:我選的是第一個方案，上述三個方案均可以實驗開放運算電路的功能。方案一的電路簡潔利于焊接可以節(jié)省元器件，但是該方案在調試的時候輸入端只能輸入負電壓，只有這樣才進行開方運算，否則電路會變成正反饋。方案二和三的電路過多焊接不方便而且這樣浪費了很多元器件。不過在實驗調試時，輸入端可以輸入

4、正電壓。三個方案比較下，方案二和三雖然可以是輸入端電壓是正值，但是卻浪費了不少的元器件。而兩個方案的最后結果是一樣的，為了節(jié)省支出，所以選擇了第一個方案。只需要在輸入電壓的時候將輸入端反接即可實現(xiàn)開方運算電路的功臺匕目匕。三、單元電路設計與參數(shù)計算1、直流電源的參數(shù)設計提供的是220V的交流電源要變?yōu)?2V直流電，變壓器用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3300ufC2和C3可用0.47uf,C4、C5、C7、C8可用1uf,發(fā)光二極管上的R用1KQ。2、集成模擬乘法器是實現(xiàn)兩個模擬信號相乘的器件，它廣泛用于乘法、除

5、法、乘方和開方等模擬運算，同時也廣泛用于信息傳輸系統(tǒng)作為調幅、解調、混頻、鑒相和自動增益控制電路，是一種通用性很強的非線性電子器件，目前已有多種形式、多品種的單片集成電路，同時它也是現(xiàn)代一些專用模擬集成系統(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模擬信號(連續(xù)變化的電壓或電流)相乘作用的電子器件，通常具有兩個輸入端和一個輸出端，電路符號如圖1所示。若輸入信號為uUy,則輸出信號Uo為:Uo=kUxUy式中：k為乘法器的增益系數(shù)或標尺因子，單位為V1.根據(jù)兩個輸入電壓的不同極性，乘法輸出的極性有四種組合，用圖2所示的工作象限來說明。11二3出=住IIIBH-(+-)IV

6、(+)(-)=(-)圖9若信號UX、Uy均限定為某一極性的電壓時才能正常工作，該乘法器稱為單象限乘法器；若信號Ux、Uy中一個能適應正、負兩種極性電壓,而另一個只能適應單極性電壓，則為二象限乘法器；若兩個輸入信號能適應四種極性組合，稱為四象限乘法器。(2)、模擬乘法器集成塊的管腳以及分配AD633JN/AD633AN圖10+15V上述圖就是模擬乘法器AD633JN(3)、開方運算電路Q-*1a圖3所示為開方運算電路圖11的管腳分配。9一:tMod圖12開方運算電路MX1句%足心】=陶-15V所以有八顯然，Uo是一Ux的平方根。因此只有當0U1為負值時才能開平方，也就是說U1為負值電路才能實現(xiàn)負

7、反饋的閉環(huán)。圖中的二極管即為保證這一點而接入的。四、總原理圖及元器件清單.總原理圖V1 3220 Vrms-：50 Hz08D51N4007 U3LM7812CTD1 1N4007D3 1N4007C1C93.3mF 220nFLINE VREG VOLTAGECOMMONC5C7士 470nF 220uFR1 1kQTS_PQ4_1010D2 1N4007D4 1N4007C2C10C6C8R2 1kQU1LEDGREEN_RATEDU2LED GREEN RATED33 3.3mF +220nFCOMMONVOLTAGVREG LINEU4LM7912CTD6二 470nF = 220uF

8、1N4007圖13A1圖15R41M. .鏟萬用表-XMM1圖16.元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注（單價）普通電阻R11k40.1元/個普通電阻R210K10.1元/個大電阻R31M10.2元/個電解電容C13.3mf21.5元/個普通電容C20.22mf20.4元/個普通電C3470nf20.2元/個容普通電容C4220nf20.2元/個整流二極管1N400770.1元/個三端穩(wěn)壓管781211.0元/個三端穩(wěn)壓管791211.0元/個發(fā)光二極管紅10.1元/個發(fā)光二極管白10.3元/個集成運放UA74111.0元/個模擬乘法器AD633JNK=0.1112元/個底座20.2元/個變壓

9、器輸出電壓15v15.0元/個夾子紅、黑110.15元/個中電路板11.8元/個大電路板12.8元/個五、安裝與調試.直流穩(wěn)壓電源.按所設計得電路圖焊接好電路板。.用萬用表測得變壓器副邊電壓(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AU=6.1V集成塊7912的輸入電壓Ui=-18.3V輸出電壓Uo=-11.9V電壓差AU=-6.2V電路的輸出電壓：+11.9V和-11.9V.測量期間劉老師明確提出變壓器的副邊電壓是交流電，萬用表應打至交流電壓檔。而集成塊7812和7912的相關電壓以及電路的輸出電壓都是直流電壓，萬用表打至直流電壓

10、檔。2、開放運算電路.按所設計得電路圖焊接好電路板。.用萬用表測得Ui/(V)Uo/(V)-163.9-143.7-123.6-93.1-82.8即通過改變輸入電壓Ui,可改變輸出電壓Uo。.測量期間劉老師抽測了當輸入電壓為一4V時，輸出電壓為2V六、性能測試與分析.直流穩(wěn)壓電源.數(shù)據(jù)記錄：分別用萬用表的相對的檔測的以下數(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輸出電壓Uo=11.9V電壓差AU=6.1V集成塊7912的輸入電壓Ui=-18.3V輸出電壓Uo=-11.9V電壓差AU=-6.2V電路的輸出電壓：+11.9V和-11.9V.

11、數(shù)據(jù)處理：a.集成塊電壓差的相對誤差：LM7812:(18.3-11.9)-6.1 , 100% 4.6%(18.3-11.9)-18.3- -11.9( 6.2)100% 3.1%LM7912-18.3- -11.9輸出直流電壓相對誤差:12 11.9正輸出電壓： 12100% 0.8%負輸出電壓:1211.912100% 0.8%相對誤差應該在05%之間，而上面的結果都符合，所以結果合理。.開放運算電路.數(shù)據(jù)記錄：用兩個萬用表分別測輸入端和輸出端的電壓，如下,(2).數(shù)據(jù)處理：根據(jù)公式100%可算的相對誤差，可得上Ui/(V)Uo/(V)-163.9-143.7-123.6-93.1-82

12、.8述數(shù)據(jù)的相對誤差依次是：3.3%,0,4%,3.3%,2.8%,1%,1.2%,1%,1.8%。相對誤差應該在05%之間，而上面的結果都符合，所以結果合理。5%：內，說明試驗的.誤差計算與分析(1)、相對誤差的計算在上面已經計算，相對誤差都在結果符合試驗要求，并沒有太大的誤差;(2)、電路中的電阻并不一定是標準值的電阻；(3)、在做開方運算電路時，兩個集成塊輸入電壓并不是標準的正負12V電壓，導致開放運算電路的結果出現(xiàn)誤差；、在讀萬用表的讀數(shù)時，由于是人眼讀的數(shù)，不是很精確造成的誤差；、由于焊接的電路不是最佳的連接方式，導致后面的實驗結果出現(xiàn)誤差。、輸入的直流信號源帶負載能力較差，當接上負

13、載時輸入會發(fā)生變化，同時隨著時間會衰減。七.結論與心得1、結論：（1）、直流電源輸出的電壓不是嚴格的士12V,有一定的誤差；、模擬乘法器是實現(xiàn)了兩個模擬量相乘的非線性電子器件，利用它可以方便地實現(xiàn)乘、除、乘方和開方運算電路；、利用乘方運算電路作為集成運放的負反饋通路，即可構成開方運算電路；、為了防止閉鎖現(xiàn)象的出現(xiàn)，實用電路中常在輸出回路中串聯(lián)一個二極管。2、心得體會：經過本次的課程設計。我知道,雖然平時上課了，對理論知識有了一點的了解，在課程設計時也有一定印象，但是真正到了要計算時才發(fā)現(xiàn)有困難。由于缺少練習，有的地方分析起來不是很清晰，以后一定要加強練習和理論知識的鞏固。本次課程設計我運用了m

14、ultisim這個軟件來進行仿真電路,依然還有一些地方不是很懂。尤其是模擬乘法器上的運用，看來以后要多去運用這些仿真軟件，加強對知識的理解。對于我們工科的學生來說，在今后的工作是一定要很強的實踐動手能力的。而這次課程設計就是為了考驗我們自己的動手能力而進行的，所以這是一次很好的加強自己的動手能力的機會。在設計的過程中，運用到了大量書本上的內容，并且還用了好多書本上之外的內容。通過這一次的課程設計，我明白了要成功的設計好一個電路，一定要有耐心和細心。在整個的設計過程中，原理的理解和原理圖的設計是最重要也是很難的一個過程。要用到自己的課本上學到的知識，以及很多課本之外的東西。其次就是在購買元器件上

15、，由于模擬乘法器的市區(qū)的電子器件店并沒有貨，所以只有通過其他的路徑才買到了該實驗器件。之后的電路板的焊接和實驗的調試就不會那么的困難了。因為原理都已經清楚了，所以后面的都較容易。這一次的課程設計給我的啟發(fā)很大，培養(yǎng)了我的設計思維，加強了我的實際動手能力，鞏固了我的理論知識。以后應該多自己去設計一些電路，實現(xiàn)一些自己想要試驗的功能。八、參考文獻.模擬電子技術基礎（第四版），童詩白華成英主編；彭介華編電子技術實驗與課程設計高等教育出版社；物理與電子信息學院模擬電路課程設計成績評定表專業(yè)：電氣技術教育班級:10電氣學號:100805005姓名:李杰課題名稱開方運算電路設計任務與要求.用模擬乘法器設一個開方運算電路；.用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的正負直流電源（12V）;設計報告成績評分標準：有合理的方案設計和論證、電路參數(shù)的計算、總原理圖和清單。（0-20分）電路