微分電路的設(shè)計(jì)

微分電路的設(shè)計(jì)（總17頁(yè)）--本頁(yè)僅作為文檔封面，使用時(shí)請(qǐng)直接刪除即可----內(nèi)頁(yè)可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小--摘要在本設(shè)計(jì)中，使用運(yùn)算放大器進(jìn)行微分電路的設(shè)計(jì)，此電路是由電容C和電阻R進(jìn)行反饋電路，實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào)幅度5V，頻率為0-1KH的微分電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用軟件Multisim進(jìn)行仿真，最后使用Protel畫(huà)出電路圖，并制PCB板。關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大器；微分電路；幅度5V；頻率0-1KHZ；Protel；Multisim目錄摘要 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。目錄 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1緒論 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2設(shè)計(jì)任務(wù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。課程設(shè)計(jì)的目的及意義 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。設(shè)計(jì)任務(wù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。設(shè)計(jì)要求 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。實(shí)驗(yàn)器材 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。課程設(shè)計(jì)指標(biāo) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3微分電路工作原理 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4微分電路設(shè)計(jì)與調(diào)試 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。仿真軟件介紹 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。Multisim軟件介紹 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。Protel軟件介紹 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。微分電路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。微分電路參數(shù)計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。微分電路元器件選擇 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。微分電路Multisim調(diào)試圖 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。微分電路Protel繪制電路圖 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6總結(jié) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。致謝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1緒論微分是積分的逆運(yùn)算。將積分電路中R和C的位置互換，即可組成基本微分電路。微分電路使輸出電壓與輸入電壓的時(shí)間變化率成比例的電路。最簡(jiǎn)單的微分電路由電容器C和電阻器R組成。它可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對(duì)恒定部分則沒(méi)有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與RC有關(guān)(即電路的時(shí)間常數(shù))，RC越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的RC必須少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用，變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了，一般RC少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。使輸出電壓與輸入電壓的時(shí)間變化率成比例的電路。微分電路主要用于脈沖電路、模擬計(jì)算機(jī)和測(cè)量?jī)x器中微分電路的工作過(guò)程是：如RC的乘積，即時(shí)間常數(shù)很小，在t=0,即方波跳變時(shí),電容器C被迅速充電，其端電壓，輸出電壓與輸入電壓的時(shí)間導(dǎo)數(shù)成比例關(guān)系。實(shí)用微分電路的輸出波形和理想微分電路的不同。即使輸入是理想的方波，在方波正跳變時(shí)，其輸出電壓幅度不可能是無(wú)窮大，也不會(huì)超過(guò)輸入方波電壓幅度在0<t<T的時(shí)間內(nèi)，也不完全等于零，而是如圖1d的窄脈沖波形那樣，其幅度隨時(shí)間t的增加逐漸減到零。同理，在輸入方波的后沿附近，U0(t)是一個(gè)負(fù)的窄脈沖。這種RC微分電路的輸出電壓近似地反映輸入方波前后沿的時(shí)間變化率，常用來(lái)提取蘊(yùn)含在脈沖前沿和后沿中的信息。實(shí)際的微分電路也可用電阻器R和電感器L來(lái)構(gòu)成。有時(shí)也可用RC和運(yùn)算放大器構(gòu)成較復(fù)雜的微分電路，但實(shí)際應(yīng)用很少。2設(shè)計(jì)任務(wù)課程設(shè)計(jì)的目的及意義1、 掌握濾微分電路的工作原理及應(yīng)用；2、 掌握帶Multisim和Protel兩種軟件的使用。課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)圖2.1微分電路實(shí)現(xiàn)框圖1、 在輸入回路中接入一個(gè)電阻Ri與微分電容串聯(lián)，在反饋電路中接入一個(gè)電容c：與微分電阻并聯(lián)，并使qR1C2R22、 在正常的工作頻率范圍內(nèi)，使R11W^C，而）WfC 人2。設(shè)計(jì)要求1、 選取單元電路及元件根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入信號(hào)幅度為5V，頻率為0-1KH，確定微分電路的方案，計(jì)算和選取單元電路的元件及參數(shù)。2、 整路體電的聯(lián)調(diào)；3、 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告、總結(jié)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)Protel和Multisim軟件,課程設(shè)計(jì)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)一個(gè)微分電路，輸入信號(hào)幅度為5V，頻率為0-1KH。根據(jù)要求，選用相應(yīng)的元件實(shí)現(xiàn)微分電路，并對(duì)電路進(jìn)行仿真，并能利用相關(guān)軟件Protel和Multisim仿真測(cè)量其技術(shù)指標(biāo)，并且觀察其波形及輸出結(jié)果。最后制作PCB板。3微分電路工作原理RC微分電路是一種那個(gè)應(yīng)用十分廣泛的的對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行變換的電路，它通常把矩形脈沖信號(hào)變換為正負(fù)雙向尖脈沖。在數(shù)學(xué)上，這種尖脈沖近似等于矩形波的微分形式，故有微分電路之稱。微分電路的特點(diǎn)是輸出能很快反映輸入信號(hào)的跳變成分。即它能把輸入信號(hào)中的突然變化部分選擇出來(lái)。其輸出脈沖寬度很窄，與原來(lái)輸入脈沖寬度的波形相比，包含有“微分”的意思。RC微分電路如下圖所示。電容C和電阻R串聯(lián)作為輸入端，電阻R兩端為輸出端。由于電路中有電容C和電阻R的存在，故在外加電壓的作用下，存在著充、放電過(guò)程，當(dāng)矩形脈沖輸入后，在輸出端可得到一對(duì)正負(fù)尖脈沖。圖3.1RC微分電路微分電路的工作原理：當(dāng)t=t1輸入矩形波的電壓〃?從零突然上跳到E如下圖所示，這就相當(dāng)于在RC回路中突然接通一個(gè)電壓為E的“電池”。由于電容C兩端的電壓不能突變，也就是電容器上的電壓需要經(jīng)過(guò)一個(gè)充電過(guò)程才能逐漸上升，如下圖所示。在t時(shí)刻1電容C兩端的電Ue=0于是U,全部落在電阻R上，因此n時(shí)刻的輸出電壓U0=U=E。從|以后到r以前的時(shí)刻，輸入電壓U=E開(kāi)始對(duì)電容C充電，電容C兩端的電壓，按指數(shù)規(guī)律上升，而電阻R兩端的輸出電壓按指數(shù)規(guī)律逐漸下降。RC電路的時(shí)間常數(shù)稱為T(mén),T=RC,T的單位為妙（S）,R的電阻器兩端的（等效）電阻值，單位為歐Q,C的電容器的電容量，單位為法（F）。若T值很小，使Uc很快充電到接近輸入電壓幅度E時(shí)Uo=Ui-氣，使Uo很快下降到零，于是輸出Uo就形成一個(gè)正尖脈沖。如下圖所示。

在：時(shí)刻輸入電壓七有E突然下跳到零；這就相當(dāng)于在RC回路中，將“電池”E突然去掉，用短路線代替，此時(shí)的電容C兩端的電壓"=E不能突變，它要通過(guò)電阻R進(jìn)行一個(gè)放電階段，因此電容兩端的電壓L一便全部降落在電阻R兩端，所以t2時(shí)刻輸出電壓U=U=U。而從放電回路看，由于放電電流與充電電流相反，所以輸出電壓U「—E:￡在氣以后到第二個(gè)輸入脈沖到來(lái)之前，在這段時(shí)間里，輸入電壓氣=0，相當(dāng)于輸入端短路。而電容C兩端的電Uc電阻R按指數(shù)規(guī)律進(jìn)行放電，電阻兩端電壓「,從-E很快的按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容放電即將結(jié)束，即U,=0時(shí)，則電阻R兩端的輸出電壓Uo也接近了0，于是在輸出端就形成一個(gè)負(fù)脈沖，如下圖所示。以后當(dāng)?shù)诙€(gè)矩形脈沖輸入時(shí)，將重復(fù)上述過(guò)程，即每輸入一個(gè)矩形脈沖，在微分電來(lái)了的輸出端就能得到一對(duì)正負(fù)尖脈沖。圖3.3充放電過(guò)程圖3.2圖3.3充放電過(guò)程圖3.2矩形波圖3.4正尖脈沖4微分電路設(shè)計(jì)與調(diào)試仿真軟件介紹Multisim軟件介紹Multisim本是加拿大圖像交互技術(shù)公司（InteractiveImageTechnoligics簡(jiǎn)稱IIT公司）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國(guó)NI公司收購(gòu)后，更名為NIMultisim，而是其（即NI，NationalInstruments）最新推出的Multisim最新版本。目前美國(guó)NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊Multisim、PCB設(shè)計(jì)軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊Commsim4個(gè)部分，能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過(guò)程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4個(gè)部分相互獨(dú)立，可以分別使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4個(gè)部分有增強(qiáng)專業(yè)版（PowerProfessional）、專業(yè)版（Professional）x個(gè)人版（Personal）、教育版（Education）、學(xué)生版（Student）和演示版（Demo）等多個(gè)版本，各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。NIMultisim10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NIMultisim10是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。NIMultisim10的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)，而且建庫(kù)所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。NIMultisim12的虛擬測(cè)試儀器儀表種類(lèi)齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒(méi)有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。圖4.1Multisim主界面Protel軟件介紹Protel99SE主要有兩大部分構(gòu)成，每一部分又各有三個(gè)模塊。第一部分是電路圖設(shè)計(jì)，主要有AdvancedSchematic99：此模塊主要用于原理圖設(shè)計(jì)，包含原理圖編輯器，元器件庫(kù)編輯器和相應(yīng)報(bào)表生成器；AdvancedPCB99：此模塊用于電路板設(shè)計(jì)，主要包含電路板編輯器，元器件編輯器和電路板組件管理器；AdvancedRoute99:用于PCB的自動(dòng)布線器。第二部分是電路仿真和PLD設(shè)計(jì)，主要有AdvancedPLD99：此模塊用于可編程器件設(shè)計(jì)，含有語(yǔ)法功能的文本編輯器，用于編譯和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的PLD和觀察仿真波形的Wave工具；AdvancedSIM99：此模塊用于電路仿真，主要包含一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)/?；旌闲盘?hào)仿真器，能提供連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)仿真；AdvancedIntegrity99：此模塊可進(jìn)行高級(jí)信號(hào)完整性分析，包含一^個(gè)高級(jí)信號(hào)完整性仿真器，可分析PCB設(shè)計(jì)，檢查設(shè)計(jì)參數(shù)，測(cè)試過(guò)沖、o.下沖、阻抗和信號(hào)斜率。圖4.2Protel99SE主界面微分電路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)微分電路參數(shù)計(jì)算電路中，C=C，R=R,V=5V,V=-5V13 12 + -初始條件下，f=1KHZ，設(shè)。廣47nF，求微分變換下的RR1R2R1R2C]R]寄C2R2根據(jù)題目可得 ％=100。,R2=5K。微分電路元器件選擇表微分電路元器件器件規(guī)格數(shù)量電容47nF21電源VSINE2運(yùn)算放大器3554BM1交流電源5V1電阻10015K110K1穩(wěn)壓管2微分電路Multisim調(diào)試圖圖4.3微分電路Multisim仿真圖

ChannelAscale:5V/tirvChannel3scale：5VjDivTriggerEdge:伺匡囚間可￥pcjs.ipiv):0.4￥pQE.(piV)!-1LeveJiq v?[ac]FoTdc~；I-(□)[SngleNonn己1[Auto[Non.Timebage5caie:500us/Div￥pos.(pii/)!3回甌畫(huà)迥Oscillci^cope-XSClReversel+l?

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