模電課程仿真設(shè)計(jì)說(shuō)明書

...//R3//R4=R1//Rf<式3.7>圖3.3同相輸入加法運(yùn)算原理圖利用迭加原理求出及<式3.8><式3.8><式3.9><式3.9><式3.10><式3.10>因?yàn)椋篣_=U+所以：<式3.11><式3.11>當(dāng)兩輸入端外電路平衡時(shí),有當(dāng)時(shí)。實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)相加,且運(yùn)算同相,相比較而言,從反相輸入端輸入加量的運(yùn)算簡(jiǎn)單的多。根據(jù)以上公式可以計(jì)算出R1,R2,R3的取值為10K,R的取值為1K,反饋電阻Rf的取值為20K,可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.3濾波器模塊設(shè)計(jì)電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù),在電路中當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候,便對(duì)電容器充電,把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去〔或降低之后,電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來(lái)。充電的時(shí)候,電容器兩端的電壓逐漸升高,直到接近充電電壓；放電的時(shí)候,電容器兩端的電壓逐漸降低,直到完全消失。電容器的容量越大,負(fù)載電阻值越大,充電和放電所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性,正好可以用來(lái)承擔(dān)濾波的任務(wù)。在模擬電路,由Rc組成的無(wú)源濾波電路中,如圖3.4濾波電路原理圖。圖3.4濾波電路原理圖在圖3.4濾波電路原理圖中,跟積分電路有些相似〔電容C都是并在輸出端,但他們是應(yīng)用在不同的電路功能上。積分電路主要是利用電容C充電時(shí)的積分作用,在輸入方波情形下,來(lái)產(chǎn)生周期性的鋸齒波〔三角波。因此電容C及電阻R是根據(jù)方波的Tw來(lái)選取,設(shè)計(jì)中利用Rc濾波來(lái)濾除三角波信號(hào),和按照設(shè)計(jì)要求濾除高頻信號(hào)。根據(jù)公式：f=1/2πRc<式3.12>確定Rc的參數(shù)值,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。計(jì)算出電容C1的取值為0.1uF,電阻R1的取值約為2K,電容的參數(shù)值是參照低頻點(diǎn)的數(shù)值來(lái)確定,對(duì)于電源的濾波電路,理論上C值愈大愈好。3.4比較器模塊設(shè)計(jì)比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛,所以開(kāi)發(fā)出了專門的比較器集成電路。電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小,并判斷出其中哪一個(gè)電壓高。另外有電源V+及地<這是個(gè)單電源比較器>,同相端輸入電壓Va,反相端輸入Vb。Va>Vb時(shí),Vout輸出高電平<飽和輸出>；Vb>Va時(shí),Vout輸出低電平。輸出電平變化與Va、Vb的輸入端有關(guān)。圖3.5比較器電路原理圖圖3.5是由運(yùn)算放大器組成的比較器電路,如果輸入電壓Va經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端,那么Vb通過(guò)輸入電阻R1接在反相端,Rf為反饋電阻,若不考慮輸入失調(diào)電壓,則其輸出電壓Vout與Va、Vb及4個(gè)電阻的關(guān)系式為：Vout=<1+Rf/R1>·R3/<R2+R3>Va-<Rf/R1>Vb。如當(dāng)R1=R2=0<相當(dāng)于R1、R2短路>,R3=Rf=∞<相當(dāng)于R3、Rf開(kāi)路>時(shí),Vout=∞。增益將成為無(wú)窮大,差分放大器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài),它就是比較器電路。根據(jù)公式可以計(jì)算出R1,R2的取值都為20K,反饋電阻Rf為5.1K,R3取1K,由于元件的誤差實(shí)際的取值有較小的變動(dòng)。實(shí)際上運(yùn)放是處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí),其增益并非無(wú)窮大,而Vout輸出是飽和電壓,它小于正負(fù)電源電壓,也不可能是無(wú)窮大。四、電路設(shè)計(jì)4.1、電源模塊的設(shè)計(jì)4.2、三角波產(chǎn)生器模塊設(shè)計(jì)4.3、加法器模塊設(shè)計(jì)4.4、濾波器模塊設(shè)計(jì)4.5、比較器模塊設(shè)計(jì)4.6、完整電路圖通過(guò)圖4.1、圖4.2、圖4.3、圖4.4、圖4.5連起來(lái)得到完整的電路圖,如圖4.6所示：圖4.6信號(hào)變換器仿真原理圖五、仿真結(jié)果圖5.1、三角波和低頻信號(hào)源仿真三角波和低頻信號(hào)源輸出的正弦波的仿真圖如圖5.1所示：圖5.1三角波產(chǎn)生和低頻信號(hào)源輸出的正弦波的仿真圖三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)過(guò)程是比較艱辛的,我使用過(guò)很多種方法都沒(méi)有把波形調(diào)整到最好,通過(guò)查看相關(guān)資料和請(qǐng)求同學(xué)的幫助和指導(dǎo),不斷地完善電路,最終把波形和幅值都做到比較接近設(shè)計(jì)要求。5.2、加法器仿真加法器產(chǎn)生的波形如圖5.2所示：圖5.2加法器仿真波形圖電路仿真圖中XFG1是連接信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為500Hz的正弦信號(hào),要求經(jīng)過(guò)加法器后,將正弦信號(hào)放大10倍并與三角波信號(hào)相加,最終得到圖9的波形。5.3、濾波器仿真濾波器產(chǎn)生的波形如圖5.3所示：圖5.3濾波器仿真波形圖根據(jù)以上所介紹的設(shè)計(jì)原理,計(jì)算出各個(gè)外圍原件的取值,通過(guò)調(diào)試實(shí)驗(yàn),盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差,最終得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析,所設(shè)計(jì)的電路能夠達(dá)到題目要求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)要求是經(jīng)過(guò)濾波器后的峰峰值要達(dá)到9V的正弦信號(hào),從數(shù)據(jù)中波形的峰峰值為9.3v,基本上達(dá)到了要求。5.4、比較器仿真比較器產(chǎn)生波形圖如圖5.4所示：圖5.4比較器仿真波形圖設(shè)計(jì)要求是使經(jīng)過(guò)比較器后的電路在負(fù)載為1k上產(chǎn)生的峰峰值為2V的信號(hào),實(shí)驗(yàn)中分析由于元件的誤差等客觀因數(shù)導(dǎo)致一定的誤差存在。其設(shè)計(jì)達(dá)到的實(shí)際數(shù)據(jù),峰峰值基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求,已達(dá)到了1.86V的峰峰值。六、總結(jié)本次設(shè)計(jì)始終圍繞通用的四運(yùn)放芯片展開(kāi),根據(jù)原理公式計(jì)算出需要的參數(shù)值并運(yùn)用于電路。將各個(gè)設(shè)計(jì)的模塊組合實(shí)現(xiàn)總的功能。設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多看似很小但影響非常大的問(wèn)題,這才知道自己學(xué)到的知識(shí)并不能很好地運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去,通過(guò)不斷的查閱資料,在同學(xué)的幫助下終于解決了相關(guān)問(wèn)題。這次設(shè)計(jì)很好的檢驗(yàn)了我們?cè)诖蠖鶎W(xué)的相關(guān)知識(shí),同時(shí)也提高了我們的動(dòng)手能力,遇到問(wèn)題后便要不斷的收集資料,不斷的分析,嘗試怎樣去解決問(wèn)題。采取哪種方法更好,能夠更有效的解決出現(xiàn)的問(wèn)題。模塊與模塊之間的鏈接存在相互影響,雖然單個(gè)模塊運(yùn)行仿真較好,但是連接為整個(gè)的電路圖時(shí),各功能模塊的波形會(huì)受到其他模塊的影響,有點(diǎn)失真。處理辦法是在各模塊之間加入耦合電容或電容電阻組成的低通網(wǎng)路作為接口電路。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),不僅對(duì)于模擬電子線路有了新的認(rèn)識(shí),加深了理論與實(shí)際之間的聯(lián)系,同時(shí)學(xué)習(xí)到了書本上沒(méi)有的知識(shí),如怎樣運(yùn)用軟件搭建電路,如何結(jié)合理論計(jì)算的參數(shù)和實(shí)際