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1、学 海 无 涯,模拟电路课程设计报告,1,设计课题： 除法运算电路 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间：,目录 第一 设计任务与要求3 第二 方案设计与论证3 第三 单元电路设计与参数计算4 第四 总原理图及元器件清单9 第五 安装与调试11 第六 性能测试与分析12 第七 结论与心得14 第八 参考文献15,学 海 无 涯,题目 4：除法运算电路（4） 一、设计任务与要求 设计一个二输入的除法运算电路。 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（ 12V）。 二、方案设计与论证 该课程设计是做一个二输入的除法电路，而因此需要利用对数和指数运算电 路实现或
2、者用模拟乘法器在集成运放反馈通路中的应用来实现。 在产生正、负电源的实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥 式整流电路，即将四个二极管首尾相连，引出两根线接变压器，另外两个接后面 电路，并将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连 接点接地。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。 方案一： 除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商，所以利用对数电 路、差分比例运算电路和指数电路，可得除法运算电路的方块图：,方案二：,对数电路,对数电路,lnuI1,lnu,I2,uI1,uI2,差分 比例 运算 电路,I1,lnu -lnu,I2,指数电路
3、,I1 uI2,u,uO ,2,学 海 无 涯 利用反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路 中，便可构成除法运算电路。 比较： 方案一：该方案是利用对数电路、差分比例运算电路和指数电路 的组合来设计的，运算放大器 uA741 要四个，电阻也很多，对焊接 有很大的要求，要焊的器件比较多，相对来说比较复杂。 方案二：该方案是利用模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中的应用， uA741 只要一个，电阻也很少，焊接起来比较方便。 我选择方案二。 三、单元电路设计与参数计算 1.对数运输电路 （1）电路原理图,由二极管方程知,S,D,1),T,U,uD,i I (e,当 uD UT
4、 时，,T,U,uD,iD ISe,或：,S,3,I,DT,u Uln iD,利用“虚地”原理，可得：,学 海 无 涯,（1）电路原理图,电路,只有二个输入，且参数对称，则 指数运算电路,3、 （1）电路原理图,I R,u,I,i,I,i,T,R,T,S,I,SS,D,ODT, Uln, Uln,u u Uln,用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。 2、差分比例运算电路,I1,I2,O,R,u RF (u u),点，可得：,T,T,U,U,当 uI 0 时，根据集成运放反uB相E 输入端uI “虚地”及“虚断”的特,ISS, I e,i I e,所以：,uI,4,uO iR R iI R
5、IS Re T U,可见，输出电压正比于输入电压的指数。 4、桥式整流电容滤波集成稳压块电路 （1）电路原理图,学 海 无 涯,该直流源采用单相桥式整流法进行整流，用电容滤波电路进行滤波，采用稳 压管稳压电路进行稳压。 原理分析：直流电源的输入电压为 220v 的电网电压，一般情况下，所需直流电 压的数值与电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，在对 交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。变压器副边电 压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的 脉动电压。 为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路的滤波，使输出电压平滑。理想情况 下
6、，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出机仅为直流电压。,1)单相桥式整流电路,滤 波 电路,单相桥式整流电路,C2 440nF,C4 1uF,C5 1uF,D1,D2 1N4007,D3 1N4007,D4 1N4007,81N4007,R2 1k?,C1 3.3mF,C6C3 3.3mF 440nF,LED1,R1 1k? 1,8LED2,D5,稳压1N电400路7 U1 LM7812CT LINEVREG VOLTAGE COMMON,COMMON VOLTAGE VREGLINE U2 LM7912CT D6,1N4007,5,10,T1,220 Vrms 50 Hz,0,V1 7,9
7、 TS_AUDIO_10_TO_1,3,2,0,6,4,22,0,2,O(AV),2 U,U, 0.9U, 1,2U sintd(t) 2,LL,R,R,U0.9U,I,O（AV）, O（AV） 2,4,O2,cos 4t ),15,3,u2U ( 2 4 cos 2t ,3,5,2,22 0.67,22 U,42 U,UO(AV), S UO1m3,学 海 无 涯 u2 0 时，电流由+流出，经 D1、RL、D2 流入-。 u2 0 时，电流由-流出，经 D3、RL、D4 流入+。 2）电容滤波电路 滤波电路输出电压波形,当负载开路时,考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于 1.1,脉动系数
8、S,内阻 Ro,稳压系数 Sr,实际中用的电路图,),2,2,OmaxOmin,4R C,T,L,2U (1,UU,U,O（AV）,2U2,UO(AV) ,当 RLC（35)T/2 时 UO（AV） 1.2U2 2 2 约为 10% 20%,1,电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。 3) 稳压管稳压电路,UO(AV),S UO1m,4RLC 1,O,o,UI 常数,I, UO,R,OO,r,II RL 常数IO RL 常数 理图 ：,UU, UO U I,U /U,U/U,S ,方案一的总原 图10.5.21 正、负输出稳压电路,6,学 海 无 涯,1 , 2 , 3 , 4
9、 均为uA741， 1 , 2 , 3 均为 2N2219 四、总原理图及元器件清单 1总原理图（选择用的方案）,因为 i1 = i2 ，所以,则：,参数计算：,选 R1 R2 1K ，则0,I 2,ku,u, uI1,2、仿真电路图,uO1 KuI2uO,I2 O,2,2,O1,I1,R,R,uK,R,u, u u, ,1I2,7,O,1 uI1,R K u,u R2,学 海 无 涯,分析：根据仿真图知,u0 10V ，uI 2 12V ，uI1 24V,即,12,1,0, 24 2,I 2I 2,* uI1 uI1,KRuu,u R2,则,1,8, 1 5,K,KR,R2,即 K=0.2,
10、3元件清单,9,学 海 无 涯,五、安装与调试 除法运算电路的安装 按照原理图正确焊接电路，焊接时各器件布局合理，导 线之间无交叉现象，焊点要实，不能虚焊，否则电路处于开路状态， 将导致实验不成功。 晶体管安装时各管脚不要接错。 注意集成块的 7 号和 4 号脚要接直流电源，其中 7 号脚 接+12v,4 号脚接-12v，其他不要接的脚均要焊上而不能悬空。 除法运算电路的调试 由于该实验使用的是小信号直流电源，故在接线时将两 输入端接在直流小信号区域。注意三个地要接上。 线路接好后，慢慢调节输入信号，用万用表的直流档测 试输出电压U0. 若开始不成功，再试几次，不行的话就要检查电路是否 有问题
11、。可以按照以下步骤测试： 1）用万用表检测输入电压 UI1 和UI2 两处电压是否在理论,10,学 海 无 涯 范围内。 用万用表测量直流电源是否有12v.+12v。 若上述两者均正常再测试 U01、U02，看两处是否有电 压，若有再进行下步。 测 U03 处的输出电压，为零，说明正常。最后归结原 因是输入电压没调好的问题。 （4）在正确的电路条件下至少测量 5 次输入和与之对应的输 出。 直流的安装 各元器件按理论电路图正确焊接，注意布局紧密，不出现虚 焊或漏焊。 注意 7812 和 7912 管脚的接法 直流电源的调试 接通电源后，静置一会待电路稳定后没出现任何故障（如芯片被 烧等）再进行
12、测量，若出现类似状况应立即断开直流电源，检查问题 所在再进行测量。用示波器观察输出波形。用万用表分别测量变压器 原、副边线圈的输出电压，滤波后的输出电压，7812，7912 的输入 和输出电压。 六、性能测试与分析 1测试 （1）除法电路部分测试：,11,学 海 无 涯 接通电源后，将电路板的各管脚接好， uI1 、 uI 2 分别接两个 输入端。由于有两个变量对观察 uo 带来不变，在研究 uo 的变化趋 势是常常用控制变量法，即uI1 、uI 2 中的一个不变，一个变化引起 uo 变化并观察它的变化趋势。 在该实验中让uI 2 不变，横为 5V，逐级改变uI1 的值分别测出 uo 并做好笔
13、记。记录如下：,（2）直流电源部分测试： 将自己焊好的直流电源电路板插上 220V 交流电源，观察发光,学 海 无 涯 二极管的发光情况判断直流电源的好坏。接着进行一系列测量： 三端稳压管 7812、7912 的输出电压分别为 u7812 3.5V , u7912 3.5V ； 副边电压u副 26V ； 变压器输出电压uo1 12V , uo2 12V ； 2分析与误差计算 根据除法电路输入电压与输出电压的关系有,1I 2,o,Ru,u, R2 . uI1,代入数据可得,K1 0.1, K2 0.11, K3 0.11, K4 0.108, K5 0.106 K6 0.105, K7 0.10
14、4, K8 0.103, K9 0.103, K10 0.11,K K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 10 0.1 0.11 0.11 0.108 0.106 0.105 0.104 0.103 0.103 0.11 10, 0.106 理论值K=0.1,绝对误差 测量值 理论值 0.106 0.1 0.006, 5.7%,12,相对误差 绝对误差 0.006 测量值0.1006,七、结论与心得 通过本次课程设计的学习与操作，学到了很多实验操作的方法,13,学 海 无 涯 与技巧，如检查错误的方法、一些变量的测量方法。也巩固了所学的 理论知识，当然也得出了一些总结与
15、心得。 第一天上午，很期待地带着调试好的电路板到了实验室，接好 了各个管脚并插上电源，结果大失所望，输出电压 uo 为一个固定值。 拿起万用表检查发现反馈电压很大，与 uo 接近。于是出现的问题是 反馈电压过大，形成正反馈，与要求相反，集成块输出饱和，电压固 定不变。 下午，这个问题却被轻易解决了，答案是集成块烧坏了，在新的 集成块的运转下很快有了示数，下午调试了电路板。 晚上将数据整理上交了，整体来说整个实验是个考验过程，检验 你的耐心、处理能力以及信心，做事所需要的素质。 八、参考文献 现代电子学及应用，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，1994 年 电子技术课程设计指导 彭介华编，高等教育出版社，1997 年 电子系统设计，何小艇等编，浙江大学出版社，2000 年 集成电子技术基础教程，郑家龙、王小海、章安元编，高教出版社，2002 年 新编 555 集成电路应用 800 例 陈永甫编著 电子工业出版社 2000 年 实用电子电路手册（模拟电路分册）编写组编，高教出版社，1991 年 国产集成电路应用 500 例，周仲编，电子工业出版社，1992 年 新编 555 集成电路应用 800 例 陈永
