整合.docx

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整合

七、设计报告格式及要求

课程设计报告应采用学校统一提供的设计报告纸，其内容应至少包括以下几个方面的内容：

（1）设计目的和意义。

（2）设计方案。

包括原理框图、基本工作原理和特点描述。

（3）设计指标。

（4）详细设计。

该部分是对原理框图的具体实现，其中应包括电路原理图、参数计算公式及电路特点说明。

该部分可拆分为几个功能电路分别加以叙述。

（5）印刷电路图。

包括设计特点描述。

（6）实验数据及分析。

数据应以图表方式加以整理。

（7）设计体会。

（8）作品照片。

一般电容设为100nF

1、方案1：

（1）工作原理：

该方案的系统框图如图1所示。

方波发生器产生一定频率的方波，其中一路送给驱动电路驱动发光器件（LED、LD等）发出同频率的光信号，另一路给同步相关电路（锁相）提供参考信号；光电转换电路接收光发射电路发送来的光信号，将光信号转换成电信号送给放大滤波电路；放大滤波电路将送来较小的电信号进行放大并初步滤除噪声后送给锁相电路；锁相电路起到提高信噪比的作用，它将噪声和干扰信号滤除，只选取与参考信号同频且相位固定的信号并转挽成直流信号送出。

图1方案1系统方框图

（2）设计要求：

`参考图1系统框图，设计一套光发射和光接收电路，制作成实物，并上交相应的设计报告。

电路原理图和印刷电路图需用电脑辅助设计软件完成。

（3）设计指标：

驱动频率：

3KHz

放大倍数：

100倍

放大器带宽：

：

20KHz

锁相信噪比改善：

1000

1、方波发生电路：

（1）555定时器方波发生电路：

图23555定时器方波发生电路

电路如图23所示，其中：

周期

频率

占空比

2、光发射驱动电路：

（1）LED驱动电路：

图26LED驱动电路

电路如图26所示。

三极管Q1采用开关管，在输入方波的驱动下处于开关状态，电容C1起加速作用。

对于一些简单的应用场合，该电路也适合用于激光二极管的驱动。

流过LED的峰值电流为：

其中

为LED正向导通压降（红光LED的导通电压降Vf约为2V），

为三极管饱和时CE端压降。

Q1为NPN

3、光电转换电路：

（1）光电三极管电路：

图30光电三极管电路

光电三极管有较高的灵敏度，但响应速度一般为μs级。

图30电路可用于一般场合（如遥控器）的光电转换。

4、信号放大电路：

信号放大电路一般处于光电接收系统的中间级，该型电路在设计时着重要考虑的指标是：

电压放大倍数、带宽、动态范围、线性度等，对噪声指标一般不予重点考虑。

由于该型电路接收的信号较大，因此该型电路的静态工作点一般设置在放大区的中心点。

（2）采用运放的信号放大电路：

图35采用运放的信号放大电路

采用运算放大器具有电路简洁、易于设计的特点。

图35b为反相放大器，图35a为同相放大器。

反相放大器的参数计算公式为：

放大倍数：

低通3dB截止频率：

同相放大器的参数计算公式为：

放大倍数：

=100放大倍数：

100倍

低通3dB截止频率：

=20KHz放大器带宽：

20KHz

注：

采用运放的放大器其频带参数还受到运放的增益带宽乘积的影响。

5、带通滤波电路：

（1）多环反馈型带通滤波器：

图36多环反馈型带通滤波器

图36电路为采用单运放多环反馈型RC有源滤波器，该型滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，输出与输入之间隔离良好，通带系数可以灵活调节等优点。

但可处理的信号频带受运算放大器带宽的限制。

设C3=C4=C，该电路几个重要参数的计算公式如下：

中心频率：

中心频率增益：

等效品质因数：

3dB带宽：

7、锁相电路：

图39锁相电路

图39的锁相电路中，IC2A-D四个电子开关起到乘法器的作用，IC1A、电阻R2-R4、电容C1-C4组成低通滤波放大器，+Vr、-Vr为互为反相的参考信号，该参考信号应和输入信号同频且相位固定。

当参考信号+Vr为高电平时，-Vr为低电平，设输入信号为方波且与-Vr同相，则与+Vr反相，此时电子开关IC2A、IC2B导通，IC2C、IC2D关闭，信号经R2输入低通滤波放大器，经反相放大滤波输出正电压；当参考信号+Vr为低电平时，-Vr为高电平，输入信号为高电平，此时电子开关IC2A、IC2B关闭，IC2C、IC2D导通，信号经R1输入低通滤波放大器，经同相放大滤波输出正电压。

因此最终的输出为与输入信号辐度相关的正直流电平。

设

，

，

，

为输入信号辐度，

为输入信号与参考信号相位差，

为输入等效噪声带宽。

该电路几个重要参数的计算公式如下：

输出电压：

信噪比改善：

10、电源电路

（2）三端固定输出稳压电路：

图43三端固定输出稳压电路

三端固定电压式集成稳压器具有性能好、可靠性高、易于使用等特点。

其输出电压为固定值，可正可负，在实际使用时可选用合适的输出电压型号，目前市场使用较多的有78XX、79XX系列。

图43为采用7805三端稳压器稳压电路，输出电压值为5V。