电子线路实验报告.docx
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电子线路实验报告.docx
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电子线路实验报告
实验1信号发生器
一、设计任务
设计一信号发生器,能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。
二、设计要求
基本性能指标:
(1)频率范围100Hz~1kHz;
(2)输出电压:
方波Up-p≤24V,三角波Up-p=6V,正弦波Up-p>1V。
扩展性能指标:
频率范围分段设置10Hz~100Hz,100Hz~1kHz,1kHz~10kHz;波形特性方波tr<30us(1kHz,最大输出时),三角波r△<2%,正弦波r~<5%。
三、设计方案
信号发生器设计方案有多种,图1是先产生方波、三角波,再将三角波转换为正弦波的组成框图。
图1信号发生器组成框图
主要原理是:
由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路,三角波在经过差分放大器变换为正弦波。
方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。
图2所示,是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统,则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波,三角波又触发比较器自动翻转形成方波,这样即可构成三角波、方波发生器。
其工作原理如图3所示。
图2方波和三角波产生电路
图3比较器传输特性和波形
利用差分放大器的特点和传输特性,可以将频率较低的三角波变换为正弦波。
其基本工作原理如图5所示。
为了使输出波形更接近正弦波,设计时需注意:
差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好;三角波的幅值Vm应接近晶体管的截止电压值。
图4三角波→正弦波变换电路
图5三角波→正弦波变换关系
在图4中,RP1调节三角波的幅度,RP2调整电路的对称性,并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。
C1、C2、C3为隔直电容,C4为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。
波形发生器的性能指标:
输出波形种类:
基本波形为正弦波、方波和三角波。
频率范围:
输出信号的频率范围一般分为若干波段,根据需要,可设置n个波段范围。
输出电压:
一般指输出波形的峰-峰值Up-p。
波形特性:
表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r~和r△;表征方波特性的参数是上升时间tr。
四、电路仿真与分析
1、原理图
本电路图由两部分构成,第一部分是方波—三角波发生器,第二部分是将三角波转换成正弦波,示波器通道1,2,3依次显示方波,三角波,正弦波
2、实验现象
本实验分为三个频率范围段
10Hz~100Hz的仿真结果如下:
100Hz~1kHz的仿真结果如下
1kHz~10kHz的仿真结果如下
方波开始出现失真
实验2直流稳压电源设计
一、设计任务
设计一直流稳压电源并进行仿真。
二、设计要求
基本性能指标:
(A1)输出直流电压+5V,负载电流200mA。
(B1)+3V~+9V,连续可调;(B2)IOmax=200mA;(B3)稳压系数Sr≤5×10-3;(B4)△UO≤5mV。
三、设计方案
直流稳压电源设计框图和直流稳压电源基本电路分别如图1和图2所示:
图1直流稳压电源框图
图2直流稳压电源基本电路
主要原理是:
电源变压器将交流电网220V的电压降压为所需的交流电压,然后通过整流电路将交流电压变成单极性电压,再通过滤波电路加以滤除,得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。
因而在整流、滤波电路之后,还需接稳压电路。
稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定。
一般情况下,选用降压的电源变压器。
整流电路主要有半波整流电路、桥式整流电路和全波整流电路,一般情况下多用桥式整流电路,桥式整流输出脉动电压平均值为:
通过每只二极管的平均电流为:
每只二极管承受的最大反向电压为:
滤波电路亦可分为电容滤波、电感滤波、Π型滤波等多种滤波电路,而在小功率电源电路设计中多用电容滤波电路。
当在接上滤波电容后,UO会明显增大,其大小与时间常数RLC有关,通常情况下,RLC=(3~5)T/2(T为电网电压周期)。
稳压电源的性能指标:
最大输出电流IOmax:
电源的输出电压UO应不随负载电流IOL而变化,随着负载RL阻值的减少,IOL增大,UO减小,当UO的值下降5%时,此时流经负载的电流定义为IOmax(记下IOmax后迅速增大RL,以减小稳压电源的功耗)。
输出电压:
指稳压电源的输出电压,也是稳压器的输出电压。
当输入电压为额定值时,可直接用电压表测量。
纹波电压:
指叠加在输出电压UO上的交流分量。
可用示波器观测其峰-峰值或者有效值。
稳压系数:
指在负载电流、环境温度不变的情况下,输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化,即
输出电阻:
稳压电路输入电压一定时,输出电压变化量△UO与输出电流变化量△IO之比,即
(UI为常数)
四、电路仿真与分析
1、原理图
2、实验仿真结果
两组电流电压输出测试:
波形图
第一张为整流滤波过程的波形图,第二张为稳压后的波形图
实验3音频功率放大电路设计
一、设计任务
设计一小功率音频放大电路并进行仿真。
二、设计要求
已知条件:
电源
V或
V;输入音频电压峰值为5mV;8
/0.5W扬声器;集成运算放大器(TL084);三极管(9012、9013);二极管(IN4148);电阻、电容若干
基本性能指标:
Po
200mW(输出信号基本不失真);负载阻抗RL=8
;截止频率fL=300Hz,fH=3400Hz
三、设计方案
音频功率放大电路基本组成框图如下:
音频功放组成框图
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右,通过话音放大器不失真地放大声音信号,其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗;滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号;功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下,给负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。
应根据设计要求,合理分配各级电路的增益,功率计算应采用有效值。
基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器,频率范围fL=300Hz,fH=3400Hz
在Multisim软件仿真时,用峰值电压为5mV的正弦波信号代替话筒输出的语音信号;用性能相当的三极管替代9012和9013;用8
电阻替代扬声器。
由于三极管(9012、9013)最大功率为500mW,要特别注意工作中三极管的功耗,过大会烧毁三极管,最好不超过400mW。
如制作实物,因扬声器呈感性,易引起高频自激,在扬声器旁并入一容性网络(几十欧姆电阻串联100nF电容)可使等效负载呈阻性,改善负载为扬声器时的高频特性。
四、电路仿真与分析
实验原理图如下:
说明:
前一部分为宽带放大电路,将频率范围为fL=300Hz到fH=3400Hz的信号进行放大,将范围外的信号进行衰减。
后一部分为集成运放与晶体管组成的功放,电压增益为Av=Vo/Vi=1+(R3+R13)/R2
实验仿真结果:
a、波特测试仪的测试结果
b、输出波形情况及探针测量结果
可知,在输出不失真的情况下信号的功率大于了1W,因此达到了本实验要求
实验4温度控制电路设计
一、设计任务
设计一温度控制电路并进行仿真。
二、设计要求
基本功能:
利用AD590作为测温传感器,TL为低温报警门限温度值,TH为高温报警门限温度值。
当T小于TL时,低温警报LED亮并启动加热器;当T大于TH时,高温警报LED亮并启动风扇;当T介于TL、TH之间时,LED全灭,加热器与风扇都不工作(假设TL=20℃,TH=30℃)。
三、设计方案
AD590是美国ANALOGDEVICES公司的单片集成两端感温电流源,其输出电流与绝对温度成比例。
在4V至30V电源电压范围内,该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器,调节系数为1µA/K。
AD590适用于150℃以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。
低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点,使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。
应用AD590时,无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。
主要特性:
流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(K)度数;AD590的测温范围为-55℃~+150℃;AD590的电源电压范围为4~30V,可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件即使反接也不会被损坏;输出电阻为710mΩ;精度高,AD590在-55℃~+-150℃范围内,非线性误差仅为±0.3℃。
基本使用方法如右图。
AD590的输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Iout=(273+25)=298μA。
Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为10K×298μA=2.98V。
测量Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。
温度控制电路设计框图如下
温度控制电路框图
由于Multisim中没有AD590温度传感器,根据它的工作特性,可以采用恒流源来替代该传感器,通过改变电流值模拟环境温度变化。
通过温度校正电路得到实际摄氏温度电压值(可适当放大到几伏特,不超过5V),再送温度判决电路判决,需根据报警温度确定门限比较电压值,电路均可用运算放大器及电压比较器来实现。
可采用三极管和继电器(RELAY)来控制驱动风扇与加热器,在仿真中用DCMOTOR代替风扇、HEATER代替加热器,并加上发光二极管来指示其是否工作。
温度显示部分可采用ADC模数转换芯片来实现,将实际温度电压值通过ADC芯片转换成数字逻辑信号再通过数码管显示。
四、电路仿真与分析
实验仿真测试(原理图包括其中)
A、假定输入电流应为288uA,即外界温度为15°C(T B、假定输入电流应为298uA,即外界温度为25°C(TL=20℃ C、假定输入电流应为308uA,即外界温度为35°C(T>TH=30℃)代表风扇工作的LED灯工作 五、面包板电路调试 将元器件按照原理图在面包板上连接好,如下图所示 测试过程应将其分成多个部分进行,先测试左半部分(温度校正),通过测试输出电压是否能正确显示温度来检测电路图的连接是否有误,然后测试后一部分,通过向其输入高低电平来检测后一部分的连接,最后将两部分合在一起进行整体检测。 六、制版、焊接与调试 PCB图如下 转印与腐蚀过程中注意的几个问题: 转印时一定要使转印机达到相应的温度时,工作指示灯亮起方可持板进入转印机; 转印过后如果发现有线条明显断裂或者颜色较浅,可用油性碳素笔加粗加实线条; 腐蚀过程中要把握好时间,过长则会把碳素线条下的铜也腐蚀掉,造成断线,时间太短则会造成距离近的线条之间任然有铜连接,最终造成短路; 钻孔过程中要保持板子水平,并且保证其不会移动,否则当钻头钻进板子时,板子移动会打断钻头(尤其是8mm的钻头)。 七、总结 做一次实物是积累经验的过程,在开始制作电路原理图、制作PCB原理图及布线图时要充分考虑到所包含原件的特性,以及后期成形的难度大小,前期不经过考虑,很容易造成后期更改PCB板上已成形的电路,大量焊接飞线,这样就失去了电路板的意义。 要有节约材料的意识,在制作原理图时,充分考虑到电路板的大小和各个原件的位置,尽量避免“大材小用”。 八、附录 电路原理图: Pcb图: 元器件清单: 原件 数量 原件 数量 5K可调电阻 3个 电阻6.2K 1个 TL084 2片 电阻10K 7个 电路面包板 2
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