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1、目目 录录1 设计指标 .12 设计方案及其比较 .12.1 方案一.12.2 方案二.22.3 方案三.32.4 方案比较.53 实现方案 .54 调试过程及结论 .85 心得体会 .96 参考文献 .9武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书1模拟信号运算电路的设计1 设计指标设计一种模拟信号的运算电路，其中包括加法、减法和反相比例等电路的运用，要求能够实现特定函数（）的三路可调输入模拟信号vvvvO5 . 05321的运算，测试并记录下各节点的波形图。2 设计方案及其比较2.1 方案一方案一的原理图如图 1 所示，方案一是由两个 LF353 的运算放大器 U1:A 和 U1:B 组
2、成一个两级运放的结构，其中和由第一级输入，通过运v1v2放 U1:A 进行反向比例加法运算从而得到； 由第二级输入)5(211vvvOv3而与进行反向比例加法运算从而得到；vO1vvvvO5 . 05321图 1 为方案一的原理图 其中各电阻值的确定如下：; （1）)5()(212 25 1 15 1vvvRRvRRvO武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书2RR515 RR25 又为平衡电阻,其作用是避免输入偏流产生附加的差动输入电压，故R7;RRRR1257/（2）)()(1 40 3 30 31vRRvRRvvvOOO;RRR34021同理，也为平衡电阻，故R6RRRR4306/
3、该方案主要采用了加法器运算电路和和反向比例运算器的工作原理来实现，可行！vvvvO5 . 053212.2 方案二方案二的原理图如图 2 所示，该方案采用差动输入方式，也是由两个LF353 的运算放大器构成的两级输入结构，与方案一不同的是，v1v2均在第一级输入，第二级为一反向比例运算器；其中和从反向输入v3v1v2端输入，从同向输入端输入，得，再经过 U1:B 后v3vvvvO5 . 0)5(3211得vvvvvOO5 . 053211 其中各电阻值的确定如下：（3）vvRRvRRvOO32 27 1 17 1)(其中满足vO3; （4）vRRRRRvRRR O3 72121 3 535 /
4、由（3）得 RRR5172 由（4）得 （5）vRRRRRRRRvO3 53217215 3)(/()/(武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书3图 2 为方案二的原理图 为抑制共模信号，从而提高共模抑制比，以保证电路的测量精度，故RRRRR72153/RR1353RR1013对于 U1:B,该运放仅起到反向的作用，故 RR84 为平衡电阻，故 R6 RR5 . 0462.3 方案三方案三的原理图如图 3 所示,此方案共用了四个 LF353 型的运算放大器，其中 U1:A,U1:B 的输入方式为同相输入，U2:A 为反向比例运算器，U2:B 为射随器，其作用是将输入端和输出端隔离开来以
5、满足运算关系；各电阻值的确定如下：运用叠加定理，记，分别作用时一级输出为到第二级v1v2v3VVVOOO321,的输入电压分别为，则有vvvOOO321,武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书4图 3 为方案三的原理图（6）VRRRRRvO1 1098109 1/（7）VRRRRRvO2 1089108 2/（8） VRRRRRvO3 109898 3/令，则RRR1098， ， ;VvOO2131VvOO2231VvOO3331因此，为保证的成立，需先将比例整体扩大 3 倍，即令vvvvO5 . 05321；vVO1511vVO322vVO5 . 133（9）15 14111 RRR
6、 vVO（10）3 25222 RRR vVO（11）5 . 13633 RR vVORR1414RR225RR5 . 136武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书5为平衡电阻，R7RRR637/2.4 方案比较上述各方案均能较好的符合运算电路的公式，仿真精度也近似，然而对于实际操作却各有利弊，现在从方案三看起，方案三一共用了四个运算放大器，十个电阻，但从电路中可以清楚的看出各个小模块的作用，该方案既有同相输入的模块又有反向输入的模块，各个模块还有平衡电阻来避免附加的差动输入电压以提高电路精度；虽然远离简单，但耗材较多，电路连接复杂，与其他方案相比，实际操作难度高；方案二采用差动输入方
7、式分别从同向和反向端输入，由于运算放大器也没有“虚地” 点，相当于在运放两端加上了大小相等，极性相同的共模信号，因此想要获得较高精度的运算还得选用共模抑制比高的运算放大器，该方案以差动输入从结果来看实际构成KCMR了一个减法器，后面接一个运放作为等比例反向比例运算器反向；电路较简单，但运算起来相对较麻烦或者说无法直接看出最终结果！方案一同样只用了两个运放，却是最容易想到的方案，从始末来看，它两次反向将从一级反向端输入的还原为正，将从第二级反向端输入的反向为负从而起到减法器的作用，此方案两次采用反向比例加法运算电路实现了，计vvvvO5 . 05321算思路清晰，近乎可以口算出各电阻的参数值；综
8、合上述比较，选择方案一作为最终操作方案；3 实现方案从上面的方案比较来看，我们将选择方案一来实现的运vvvvO5 . 05321算，实现过程中我们将用到如下表（表 1）中器件，其中直流源 1 为运放提供偏置电压，电源 2 提供输入电压，示波器测波形 表 1 元件清单 元器件名称规格数量原器件名称规格数量 直流源 1V121运算放大器LF3531 直流源 25V1面包板1 万用表1导线若干武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书6滑动变阻器10k5剪刀1 电阻2k2镊子1 电阻10k2示波器1 电阻1k2按图四连接电路，由反向端输入和经一级运放运算后得到，v1v2)5(211vvvO再将从
9、第二级的反向端输入二级运放，同时从该反相端输入则最终从输出vO1v3端输出的输出电压即；电路中各电阻大小)5 . 0(31vvvOOvvvvO3215 . 05前面已经给出，这里就不再赘述了！图 4 为实现方案的原理图如图 5 实物图所示，实物图看起来似乎比电路图要复杂得多，其实不然，究其原因，是为了用一个直流源提供三个可变电压进行三端输入，其中的三个滑动变阻器即用来改变输入的 5V 电压其原理图如下图 6 所示直流电压由 Vs 端输入，经过变阻器的部分电阻分压后将 Vi 输入到电路中；而另外的两个滑动变阻器则是为了提高电路的运算精度而设，平衡电阻为了较好的RRRR1257/达到平衡作用而用到
10、 1.4k 和 0.4k 的电阻由滑动变阻器来实现。面包板电路布线讲究横平竖直，不允许有交叉线出现，因而实物图中的很多段短线就是为了避免出现交叉而设置的。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书7图 5 为电路设计的实物图其主体部分为拆去外围三个滑动变阻器后剩下的电路，主体很简单图 6 为电源电压输入的电路模型利用这种分压的方式能很方便并且连续的改变输入端电压的大小。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书84 调试过程及结论此处省略了 501 个字撒！ 表 2 验证电路正确性的数据v1(V)v2(V)v3(V)Vo(测量 值)Vo(实际 值)误差 （%）10.91 1.890.9
11、55.785.9653.121.51.742.18.088.191.333.22.44.516.1016.150.315 心得体会这是我第一次接触到这种不需要焊接而直接插线布线的面包板，让我对电路设计充满了兴趣，尤其是这次的电路设计很简单，让我可以以一种轻松愉快的心情完成它，通过这次对运算电路的设计与制作，我更加断定我也有能力做成其他的电子电路进而设计出曾经很憧憬的一系列玩具，像遥控赛车之类的；也让我了解到了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于运算电路的原理与设计理念，也让我体会到要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作会提高制作效率。回顾起此课程设计，我感慨颇多，从理论到实践，在
12、这几天里，虽说可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，因为，在实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为项目次数武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书9芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对一些基本电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。6 参考文献1 吴友宇，伍时和，凌玲.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，2009.2 周新民，周晓年，刘明，等.工程实践与训练教程.武汉：武汉理工大学出版社，2009.3 LF353 资料网址
