标题: 数据放大器与集成直流稳压电源设计 模拟数字电路课设报告 [打印本页]
作者: ceci11 时间: 2018-6-28 23:16
标题: 数据放大器与集成直流稳压电源设计 模拟数字电路课设报告
《模拟电子技术课程设计报告》
目录
设计课题一 设计数据放大器 3
设计课题二 设计集成直流稳压电源 10
设计课题一设计数据放大器
一、数据放大器
二、RC有源滤波器
带外衰减速率大于-30dB/10倍频
三、差分放大器
一、数据放大器基本结构如图1-1所示，分为两个部分：（桥式电路）差分放大器、RC有源滤波器。
1-1
二、具体设计方案如图1-2所示。
①桥式电路：
交流源通过桥式电路，各电阻分压产生差模信号输入到放大电路进行放大。
②差分放大器：
如图1-3所示，两级差分放大器，第一级是电压串联负反馈，类似仪用放大器，双端输入，双端输出，提高共模抑制比，并有一定的差模电压放大。第二级为差动式输出，双端输入，单端输出，从而实现电压放大。
1-3
③RC有源滤波器
如图1-4，为RC有源滤波器，RC电路通过低通滤波以实现整流作用，对输出波形稳定的信号有着重要的作用。在本次电路设计中，运用了同相输入运算放大器，同向运放具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。
其闭环增益为 
截止频率
1-4
①桥式电路
交流源通过桥式电路，各电阻分压产生差模信号，
故选择R1=1.2kΩ R3=1.2kΩ R2=2kΩ R5=1.2kΩ
②差分放大电路
本实验需要四个运算放大器，因此我们选择包含四个运放的集成运算放大器LM324.如图1-5所示。
1-5
两级差分放大器中，为避免失真，第一级的增益
=1+
不宜过大，因此选用
R13=R16=1.5kΩ R14=100Ω
第二级增益
=
,因此选用 R4=R9=100Ω R10=R12=2kΩ
③RC有源滤波器
截止频率 =1KHZ 因此选择 R6=R8=15.9KΩ C1=C2=0.01uF
放大倍数
=
因此选择 R7=R11=10KΩ
根据以上参数，选择相应元件
1）电路搭接与仪器调试
依据原理图在面包板上搭接实验电路，确认连接无误后接通电源测试。
2）性能参数测试
2.1差模增益的测量
函数信号发生器产生一个交流信号，经过桥式电路，根据电阻的分压能够产生一个差模信号。电路由差分放大电路以及有源滤波器两部分组成，两部分都有放大差模信号的能力。分别测量两级的差模增益。
测量步骤：使函数信号产生一个有效值10mV，频率100Hz的正弦交流信号，加在桥式电路的输入端。使用交流毫伏表测量桥式电路输出端差模信号值Vo1，继续测量有源滤波器的输出端差模信号值Vpp。
差模增益即= 
测试结果：
=21.2/0.01=2120db
2.1测量截止频率
将有效值10mV，频率100Hz的正弦交流信号接到输入端，调节交流信号频率，逐渐增大频率至波形失真，记录此时的输入信号频率。
测得截止频率f=995HZ Vpp’ =12.6
2.2带外衰减速率测量
将有效值10mV，频率10kHz的正弦交流信号接到输入端，此时输出电压Vpp’’=200v
带外衰减速率=
=
=63>30db 2.2共模抑制比的测量
共模增益是差模增益与共模增益的比值。共模增益是指差分放大电路输入共模信号，电路输出端的输出信号的比值。
测试结果：Vpp’’’=0.73v
=20lg|
|>60db
与设计课题二相比，这个实验较复杂，我们在设计中花费的精力也更多。一开始我们对如何设计电路毫无头绪，也参考了很多相关书籍。之后渐渐理清了思路，明确了电路每一部分要达到的目的，由此我们设计出了初步的电路设计稿，并进行了结果预测和估算。在实际操作中，我们知道了如何测量各个指标，但是也发现了一些电路中存在的问题。比如，我们一开始运行电路时发现输出没有正弦信号，于是我们开始排查，在哪一部分出现了问题，结果发现在桥式电路输出端就无法检测到正弦波，进一步用测量发现有接触不良的问题。经过一些调整，电路终于设计成功。这次实验也让我学会了如何自查电路问题，以及复杂电路的设计。
设计课题二设计集成直流稳压电源
已知条件 集成稳压器CW317
直流稳压电源一般由电源变压器、整流电流、滤波电路组成。在设计方案中
2-1
2-2
- 如图2-1所示，首先选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的电压值
电源变压器：将交流电网电压U1变为合适的交流电压。本实验中应使电压通过变压器，下降至20V左右。
- 降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。运用桥式电路，之所以能整流，是因为他们都具有单向导电的共性。
桥式整流电路：将交流电压U2变为直流电压U3。桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。
2-3
- 整流后的电压再经过滤波器减小其脉动程度以符合负载的需要。滤波电路作用是把脉动电压中大部分纹波加以滤除得到较平滑的直流电压。将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。本实验中就采用电容滤波电路
- 将滤波后的直流电压通过稳压电路以得到稳定的直流输出电压。稳压电路的作用是在交流电源电压波动或负载变动时使直流输出稳定。
将电路进行仿真计算，仿真计算结果如图2-4所示。
2-4
首先应在变压器的输出端接入保险丝，以防电路短路损坏变压器或其他器件，选择保险丝的熔断电为1A。
对于稳压电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。其输入端加直流电压Vi 12V，调节RP1，输出电压Vo随之变化，说明稳压电路正常工作。
整流滤波电路主要注意检查整流二极管是否接反，安装前应该先用万用表测量其正反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压Vi应为正。
断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电压Vo为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。 硬件电路连接图如2-5所示：
2-5
测试结果如图：
- 参考文献：
- 谢自美. 电子线路设计.实验.测试. 武昌: 华中理工大学出版社
章忠全. 电子技术基础实验与课程设计. 北京: 中国电力出版社
6、工作总结及心得体会
相对于实验设计一，设计二比较简单，设计过程也还算顺利。我们很快就设计好了电路，进行调整后，又进行了仿真计算，仿真结果也符合课题标准。在组装电路过程中，一开始我们操作不熟练，在面包板上搭电路前，没有合理布局，导致后来线路混乱，没有地方搭了，只能拆掉重装。在成功组装电路并检查后，我们接通电源。发现调节电位器，输出电压没有变话。首先我们认为可能是电位器断路，在用万用表测试后发现并没有断路，而是电位器接入电路的引脚不对，经过调整，电路终于可以正常运行，输出值也达到了标准。从这次实验设计中，我学习到了严谨认真的实验态度。
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作者: tieq1952 时间: 2018-6-29 07:23
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