開方運(yùn)算電路

模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：開方運(yùn)算電路專業(yè)班級：電信本學(xué)生姓名： 學(xué)號：19指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：12-20開方運(yùn)算電路一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開方運(yùn)算電路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：由設(shè)計(jì)任務(wù)與要求可知，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路分為兩個(gè)部分，分別為直流源電路部分和功能電路部分，其中直流源部分要求輸出端兩極直流電壓分別為+12V和-12V,而且要求其整流部分要采用橋式整流電路設(shè)計(jì)。功能電路部分要求分別用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開方運(yùn)算電路。i.直流源電路部分：由以上設(shè)計(jì)要求可知，直流源整流部分要用橋式整流電路設(shè)計(jì)，后面連接用大容量電解電容做成的濾波電路，最后用集成穩(wěn)壓塊W7812和W7912保證輸出電壓為±12V，在大容量電解電容和集成穩(wěn)壓塊之間以及在集成穩(wěn)壓塊和輸出端之間，可以并聯(lián)上一些小電容，以消除高次諧波和電路的交流成分。在輸出端兩極分別接上1K電阻和一個(gè)發(fā)光二極管，用來分別電路是否正常。實(shí)驗(yàn)原理圖如下所示：圖（1）ii?功能電路部分：方案一：用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開方運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)電路圖如下所述：

AlYxI 1JRE>lkuliiiiD.l-VA-1Ok0liiaV/VLlVvccXMM1■+US1

AlYxI 1JRE>lkuliiiiD.l-VA-1Ok0liiaV/VLlVvccXMM1■+US1

-12VIviVT3p.Jx—TOD1ZV圖（2）方案二：用對數(shù)，指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)開放運(yùn)算電路。EJTNPNVIRTUALQ1EJTNPNVIRTUALQ1電路圖為：圖（3）Pl

-VA-

lkOhmU1IVI~電路圖為：圖（3）Pl

-VA-

lkOhmU1IVI~1VTIkOhm=—K'\10A"Vf令k=2（k+K）3 1 2 'v二=—K'\10A"Vf令k=2（k+K）3 1 2 'v二v,a=1，得：v=v2xy ox可得:對數(shù)運(yùn)算電路如圖所示：U二0fi+R]〔5RJUInE-

tRI3REJTNPNVIRTUALQIlkOhmR1-VA-lkOlllLLU1對比案二要用到四個(gè)集成快,IVI~1EJTNPNVIRTUALQIlkOhmR1-VA-lkOlllLLU1對比案二要用到四個(gè)集成快,而且對于集成塊uA741所組成的電路很容易產(chǎn)生較大的誤差，而且一個(gè)UA741就需要引出四個(gè)夾子以上，如果結(jié)果沒有出來，檢查錯(cuò)誤也好困難，必須要逐級檢查和調(diào)試才可能得出結(jié)果，所以比較方案一，方案二容易出錯(cuò)，并且由多個(gè)運(yùn)算電路組合的電路，誤差太大，而且必須一步調(diào)節(jié)電路，小信號不容易出來，而方案一比較簡單，焊接相對方案二比較簡單，誤差比較小，參數(shù)比較容易，簡單。誤差不會很大，而且結(jié)果比較容易出來，可以減少時(shí)間，等等，所以綜上所述，方案一比方案二更好，所以在焊接電路板時(shí)選擇方案一。、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算:1?直流源電路部分電路設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算：⑴整流電路部分電路圖、形圖及其參數(shù)設(shè)計(jì):DIODEVIPTWEDEVIRTUAL'l-'IZZOV50HzUDeg-4rAL'l-'IZZOV50HzUDeg-4rALTPQ10DIODEDIODEVIRTUALR1lkOhm圖（5）圖（6）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電壓，單相橋式整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯?，它們均含有較大的交流分量，會影響負(fù)載電路的正常工作，所以為了減小電壓的脈動，需要通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。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DI、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原理中得出。在v2正半周時(shí)，DI、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%=磯同理，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。（2）濾波電路：

T1NLTPQ4162 DI、褊— 1r1 1pinn3 1B4B42 -H—luF>lkOhm圖（7）（切（切(C)(8)電容濾波電路輸出電壓平均值分析圖:UOAVTT~1(C)(8)電容濾波電路輸出電壓平均值分析圖:UOAVTT~17TT當(dāng)負(fù)載開路時(shí)：UU Omax Omin2圖（9）當(dāng)RLC=（3~5）T/2時(shí)：考慮電網(wǎng)電壓波動，電容的耐壓值應(yīng)大于所以在選擇電容時(shí)其耐壓值應(yīng)大于1.2U2，電容越大越好，其級別應(yīng)在千uF以上。接入濾波電路理想情況下，應(yīng)該將交流分量全部慮掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，于濾波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后勢必會影響其濾波效果，所以要通過穩(wěn)壓電路，使輸出電壓具有一定的穩(wěn)定性.⑶穩(wěn)壓電路部分：圖（10）交流電壓通過整流、濾波電路后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)波動或者負(fù)載變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能就是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得較高的穩(wěn)定性。

元件參數(shù)：由于本實(shí)驗(yàn)要產(chǎn)生±12V的恒流源，所以在選擇集成塊時(shí)選7812和7912。其中LM7812和LM7912的管腳示意圖如下所示正電壓（7800系列）LM7912II正電壓（7800系列）LM7912II輸公輸公驗(yàn)輸輸公輸公驗(yàn)輸入共出洪入出入共出洪入出圖（11）2?功能電路部分電路設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算:電路圖如圖所示:圖（11）2?功能電路部分電路設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算:電路圖如圖所示:^lkOhnR1H'L10kOhmVI^_-ZSVVI^_-ZSV~TJP3lkOhm<1ZV模擬乘法器使用：模擬乘法器除了自身能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)模擬信號的乘法和平方運(yùn)算外，還可以和其他電路相配合構(gòu)成除法，開方，等等運(yùn)算電路。若電路引入的是負(fù)反饋，則u=u=0

為虛地，i=i為虛地，i=i，即:12—u U, 1=—0-R R12R2*URiiRu二Ku2U=—TOo* *KR* i故’為了使根號下的為正數(shù)，U1和k必須符號相反’因此’由于U1和U0極性相反，故當(dāng)U<0,k>0時(shí)運(yùn)算關(guān)系式應(yīng)為：u=■-R2U1根據(jù)模擬乘法器同相比1 0VRk'1R例系數(shù)K=0.1,且由u=U得=1令R=1k0 即R=10k0o'1Rk 1 21R=R//R=10kG3 1 2四、總原理圖及元器件清單：1.總原理圖：⑴橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路:DIODE_VIRTUALDIODE_VIPTUAL330q)uF-P0LC3CIODIODEVIRTUALU3L1I7812CTalkOhmIJ.：J：.：：uF-PULDIODE_ffIRTnALID4LED丄IkOhiaDIODEVIRTUALClDIODE_VIRTUALDIODE_VIPTUAL330q)uF-P0LC3CIODIODEVIRTUALU3L1I7812CTalkOhmIJ.：J：.：：uF-PULDIODE_ffIRTnALID4LED丄IkOhiaDIODEVIRTUALClXMM20.luF-POL圖(13)(2)開方運(yùn)算電路:

nx1OkOhmIkOhmJlr丄_?Al-x-SvVLD12Vnx1OkOhmIkOhmJlr丄_?Al-x-SvVLD12V圖（14）2.元件清單：元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注（單價(jià)）變壓器原邊幅邊電壓15元D1D2D3D4D5D6普通二級管60.2元C1電容C=3300uf20.5元C2電容C=O.1uf20.2元C3電容C=220uf20..2元C4電容C=0.33uf20.2元781211元791211元R1R2電阻1k20.1元D發(fā)光二級管20.5元模擬乘法器AD633JN120元R3電阻10k10.5元R1電阻1k20.1元R2電阻1k10.2元圖(15)五、安裝與調(diào)試：安裝：準(zhǔn)備好所有的元件后，先在萬能板上做個(gè)大概的排位，布局好了以后，將元件一個(gè)一個(gè)焊好，注意不要有虛焊點(diǎn)。接著用萬用表的歐姆檔逐個(gè)焊點(diǎn)測試看有無虛焊點(diǎn)，再檢查因一次電路，在確定一切都正常后就可以進(jìn)行通電了。首先，從最后的輸出端進(jìn)行測試看看電壓或電流符不符合要求，如符合要求說明電路成功。如不符合，則需要檢查看看是哪里出了問題。最初看看有無電壓，如果有就是數(shù)值不正確，最好從最后面查起。如果連電壓都沒有，則應(yīng)該從電壓查起。并逐步檢查到穩(wěn)壓塊附近。調(diào)試步驟：⑴橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路的調(diào)試步驟：接通電源后，首先靜態(tài)幾分鐘，如無異常，無怪味，方可進(jìn)入正常測試。否則應(yīng)斷開220V電源，排除故障。電路無故障，測量相應(yīng)點(diǎn)波形，一般為變壓器輸出或橋堆輸入交流波形及大小，整流濾波輸出或穩(wěn)壓器輸入波形及電壓大小，最后輸出電壓大小及紋波電壓大小，測量時(shí)在額載荷下進(jìn)行，速度要快。若要觀察濾波電容變化對輸出影響，可在斷開電源后更換。波形如所示：

圖(16)⑵功能電路部分調(diào)試步驟：根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖焊接電路板，將安裝焊接好的電路，按電路圖用萬用表調(diào)節(jié)好電位器在一定的阻值內(nèi)，應(yīng)注意不要有虛焊點(diǎn)。進(jìn)入正常測試，接通電源，然后通過改變直流小信號來觀察輸出電壓，使得輸出的數(shù)據(jù)與輸入端的數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求，如若有錯(cuò)則應(yīng)整改，然后再進(jìn)行以上調(diào)試，直至得到想要的結(jié)果，調(diào)試要非常有耐心和細(xì)心，盡量調(diào)節(jié)得到最理想的結(jié)果。就可以進(jìn)行對該電路的性能測試了。(1)開方運(yùn)算電路：輸入電壓為-25V：

2.輸入電壓為-IV：3.輸入電壓為-2V：2.輸入電壓為-IV：3.輸入電壓為-2V：圖（17）圖（18）圖（19）六、性能測試與分析:1?橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路的測試及分析:⑴測試的數(shù)據(jù)：變壓器原邊電壓：變壓器的副邊電壓：穩(wěn)壓器輸入電壓：穩(wěn)壓后的輸出電壓：⑵數(shù)據(jù)及誤差處理：變壓器副邊：濾波電壓：穩(wěn)壓電壓：開放運(yùn)算電路的測試及分析：數(shù)據(jù)如下：誤差處理：誤差分析：?在焊接直流源時(shí)，不能做到所有器件都做到絕對對稱，使得最終直流源的輸出電壓不對稱。?焊點(diǎn)存在毛刺，導(dǎo)致信號通過時(shí)存在一定的阻力，或出現(xiàn)虛焊。?調(diào)試時(shí)，可調(diào)電位器不可能調(diào)到絕對理想的位置，導(dǎo)致結(jié)果存在偏差。?測試時(shí)電表內(nèi)阻串入回路造成的誤差。?儀器的精度不夠，無法精確的測出結(jié)果。?正負(fù)12V的電源不對稱，電阻不是標(biāo)準(zhǔn)的電阻。七、結(jié)論與心得：(1)結(jié)論：?通過上面的數(shù)據(jù)可以得出開方運(yùn)算電路可以實(shí)現(xiàn)開方的功能。?通過直流電壓源可以得出，任意改變電路板上的電容，可以輸出電壓在0V—220V之間。心得：八、參考文獻(xiàn)：童詩白、華成英編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》高等教育出版社彭介華編《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》高等教育出版社青木英彥(日)著周難生譯《模擬電路設(shè)計(jì)與制作》科學(xué)出版社王港元編《電工電子實(shí)踐指導(dǎo)》江西科學(xué)技術(shù)出版社陳立王、趙薇薇編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社許素貞、杜群羊、吳海青等編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例》北京航空航天大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社勞五一?勞佳.編《模擬電子電路分析、設(shè)計(jì)與仿真》

清華大學(xué)出版社專業(yè)：電子信息工程班級：電信本學(xué)號:19姓名:設(shè)計(jì)任務(wù)與要求土源電流路席電電算>運(yùn)竝方牖開賊個(gè)曲計(jì)儺設(shè)冶