南京工业大学信息科学与工程学院
课 程 设 计 报 告
( 2009 — 20## 学年第 一 学期 )
课程名称: 模拟电子线路设计
班 级: 通信0802
学 号: 07
姓 名: 俞燕
指导教师: 李鑫
2010年 1 月
课程设计报告
一.课程设计题目
模拟电子线路课程设计
二.目的与任务
1、目的:
①.学会知识的综合运用,将离散知识点组合,将数字电路,模拟电路课程综合。
②.学会理论与实践相结合,以理论为基础设计电路,在实践中检验修正。
③.能熟练运用multisim进行电路设计和仿真,并比较仿真和实际电路结果差异。
④.重点训练器件的选择与匹配,调试的方法和技巧。
⑤.锻炼自己的动手能力和自学能力。
2.任务:
增益可自动变化的放大器(a),(b,(c),(d),(e)。分值系数分别为0.9,1.0,1.1不等,任选一题进行设计制作。
三.内容和要求
1. 内容:
设计制作一个增益可自动变化的交流放大器(e)
①. 放大器增益可在1倍,2倍,3倍,4倍四档间巡回切换,切换频率为1Hz。
②. 电源采用±5V供电。
③. 通过数码管显示当前放大电路的放大倍数,用0,1,2,3表示1倍,2倍,3倍,4倍即可。
④. 对指定的任意一种增益进行选择和保持,保持后可返回巡回状态。
2.要求
设计方案原则:功能完整,结构简单,成本较低,个人特色。
布线原则:逻辑清晰,接线牢固,测试方便,美观大方。
3.器件列表:
4.整体设计思路(详见10):
①.放大器的的电压增益由反馈电阻控制,因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。
②.增益的自动切换,可通过译码器输出信号,控制模拟开关来实现不同的反馈电阻的接入。
③.对某一种增益的选择,保持通常由芯片的地址输入和使能端控制。
④.在进行巡回检测时,其增益的切换频率由时钟脉冲决定。
课程设计报告
5.器件选择:
①μA741通用运算放大器 ②4066模拟开关
③555定时器 ④74LS138译码器
⑤与非门 ⑥74LS161计数器
⑦反相器 ⑧集成显示译码器74LS48P
课程设计报告
6.仿真电路:
7.仿真波形:
课程设计报告
8.实际电路:
9.实际波形:
①.一倍波形 ②. 二倍波形
课程设计报告
③.三倍波形 ④.四倍波形
10.电路具体设计思路
因为需要设计增益可自动变化的交流放大器,所以用到741运放和4066BP模拟开关。4066BP模拟开关是用来控制反馈电阻的接得到不同大小的增益。
①. 根据741运放芯片功能示意图,741运放7引脚接+5V电源,4引脚-5V电源,3引脚是同相输入端,接入一个大小约为2KΩ的电阻,可以起到调节输出波形失真的作用。2引脚是反相输出端,用来接反馈电阻,之前接入模拟开关,为实现增益为1,2,3,4倍,所以选择反馈电阻为(实际电路)1KΩ,2KΩ,3KΩ,3.9KΩ,R1为1KΩ,再接入合适的源电压。
②. 根据4066BP芯片功能示意图,14引脚接入+5V电源,7引脚接地,1,2,13;3,4,5;9,6,8;10,11,12分别为四个模拟开关的引脚,13,5,6,7分别为控制端,接非门,其他分别为开关的两端,一端接反馈电阻。
所以如图所示接线。
课程设计报告
根据需要设计交流放大器的增益可在1倍,2倍,3倍,4倍四档间巡回切换,切换频率为1Hz。所以选用555定时器和74LS160D计数器,7400与非门。
①. 根据555定时器的芯片功能,以及震荡频率公式f=0.707*[(R1+2R2)C1],要使f=1HZ,取R1=51K Ω,R2= 51K Ω,C1=10μf, C2=10pF(保护电容),引脚1接地,引脚8接+5V电源,参照数电资料如图接线,其中R10起到滤波作用。
②. 74LS160D计数器,时钟CLK和数据输入端A,B,C,D,清零~CLR,置数~LOAD,使能端NP、ENT,输出端QA,QB,QC,QD以及进位输出RCO.采用清零法,将3,4,5,6,8接地,1接+5V电源,7,10也接电源,在高电平下工作。指定的任意一种增益的保持,可以在10端接一个开关并接地,当开关闭合时一种增益进行保持,打开时,又可巡回反复。时钟CLK是由555定时器提供的1HZ的时钟脉冲,实现0000~0011的循环,切换频率为1HZ。用到输出端11,12,13,14,组合分别是0000,0001,0010,0011.代表1,2,3,4倍增益。
③. 7400与非门,8引脚接地,16引脚接+5V电源。1,2引脚接74LS160D的13,14引脚输出端。3接~LOAD,当输出0011时,与非门跳转重新置数为0000,
课程设计报告
根据设计需要,74LS160D输出分别为0000,0001,0010,0011的二进制代码(0,1仅代表高低电平),与控制4066BP模拟开关的二进制代码有一定的区别,所以需要74LS138D译码器,又因为它在低电平下工作,而模拟开关在高电平下工作
所以又需要4049BD非门。
①.74LS160D引脚3,4,5,8接地,6,16接+5V电源,因为从74LS160D输入前两位都为0,所以根据译码表,只需将1,2端接到74LS160D的13.14端即可,然后12,13,14,15译码输出。其它引脚未用。
②.4049BD非门起到将低电平输入变为高电平输出,根据资料引脚7接地,14接+5V电源,选择内部四个非门对应分别连接。对应分别为,3~12,5~13,7~14,9~15.。非门的另一端与4066BP模拟开关的控制端相连,对应分别为13~2,5~4,6~6,12~10.
因为要用数码管显示当前放大电路的放大倍数,用0,1,2,3表示1倍,2倍,3倍,4倍,所以要用数码管,因为存在译码的问题,所以要用74LS48D译码器。
①.74LS48D译码器,根据资料译码输入,对应分别为14~7,13~1,12~2,11~6,3,4,5,16接+5V电源,8接地。根据数字显示需要,根据译码,如图连接数码管线路。
课程设计报告
11,实际连接电路思路
①.用万用表检查面包板完好,线路无短路、断路;
②.整体布局一下芯片的位置。
③,连接555模块,参照仿真电路和资料确认连接无误然后进行测试,可以用一个发光二极管测试,看是否一闪一熄,再看波形是否为方波。
④555正确后继续连接74LS160D计数器,7400与非门,数码管,看是否显示0,1,2,3,若正确继续连,若不正确则检查74LS160D计数器,7400与非门,数码管的线路是否正确。
⑤检查741运算放大器时,若运放输入输出端(2、3之间)电压为零,符合虚断,则741工作正常;
⑥,所有数字电路芯片都必须接地(7或8脚),接电源(14或16脚),才能正常工作;
⑦连接用的导线管脚长一些比较好,不然容易造成电路故障。
⑧,整体原则:不要给整机加电,要分级/分模块加电、调试;先局部调试,再整机调试;调试过程及测试数据要详细记录。
12,故障及分析
故障①:555不能产生所需要的方波,发光二极管一直亮,不闪烁
原因:产生的方波频率太高,肉眼无法分辨二极管的闪烁
方法:更换比较大的电阻电容
故障②:数码管界限正确,却没有显示
原因:引的地线到电源线上和一根导线松动了。
故障③741运放接线正确,也达到虚断条件(741运放2、3脚电压为零),输出波形却只有一种增益
原因:4066未接电源,没有正常工作
方法:将其14脚接5V电源
13.参考资料
《集成电路器件资料》
《电子技术基础(数字部分)》
14,心得体会:
从仿真电路开始我就觉得这次模电课程设计不是特别容易,需要学习的东西很多。所以这次课程设计必须以很认真的态度对待,这样才能获益匪浅。
从仿真电路开始前认真的看了所需要芯片的功能以及连接方式,然后花了一个下午的时间将仿真电路图连好了。选用公式算出来的电阻和电容,
课程设计报告
数码管数字跳动比较快,而实际电路的数码管数字跳动则是正常的。观察输出波形出不来,又把电路连接看了几遍,发现运放6引脚虚接了,改正后波形输出正常了。
在实验室实际连接电路时,我其实连了两遍,第一遍连接完了,一测试短路,我检查了两遍,决定放弃这次的连接,首先我的芯片整体布局存在问题,芯片的电源线和接地线搭不到一块去,其次,我用的导线管脚都比较短,容易造成电路连接不稳,断路。还有连接的时候电路混连的较多,容易造成短路。吸取这次教训后,我又将电路重新连了一次,注意了这些问题,有了第一次的经验,电路连接的也比较快了,面包板可以分为四小块,我将上面作为电源线,下面作为地线,然后统一连接至一条电源线,一条地线上,这样显得清楚方便。第二次的连接显然要比第一次的好,但是数码管常亮,不跳动,用发光二极管检测555一闪一熄正常,检查输出波形亦正常,最后用发光二极管测试后面连接的电路是否加电,后发现有根导线松动,摁紧后,数码管跳动正常了。但是电路整体测试,波形输出不出来。为找出电路问题,我在实验室呆了两天,还感冒了,不过我觉得值,我把问题找到了,首先我一直在运放的7引脚测试,应该在6引脚,难怪示波器没有一点输入波形的迹象,,我检查时也在7测,只是导通并不能说明什么。当我把这个问题解决后发现波形出来了,只是波形没变化,可能4066BP模拟开关未工作,一检查,发现芯片未加电,改正后发现一切正常了。虽然是几个小问题,但自己粗心,不耐心,花了比较多的时间才把问题检查出来。自己在这方面确实很欠缺锻炼,不懂的很多,但是我相信只要做好充足的准备,仔细耐心就没有完成不了的任务。
为了找出问题所在,我测试每个引脚的输出情况,但是好像因为缺少耐心没有全部测完,把最关键的漏了,甚为遗憾,但是不负自己的付出,总算把问题解决了。
这次课程设计确实学到很多东西,无论是知识上的,还是动手能力方面的都是获益很多的,最关键的就是自己要主动学习,主动解决问题,仔细,耐心!
课程设计报告
实验报告
实验名称: RC文氏电桥振荡电路
学院: 航海学院
专业: 信息对抗技术
班级:
姓名:
学号:
同组成员:
一、实验目的
(1)学习RC正弦波振荡器的组成及其震荡条件。
(2)学会测量、调试振荡器。
二、实验原理
文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路,它是一种较好的正弦波产生电路,适用于频率小于1MHz,频率范围宽,波形较好的低频振荡信号。
从结构上看,正弦波振荡器是没有输入信号的,为了产生正弦波,必须在放大电路中加入正反馈,因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是,这样两部分构成的振荡器通常是得不到正弦波的,这是由于正反馈量很难控制,故还需要加入一些其它电路。
如图所示,是用运算放大器组成的文氏电桥RC正弦波震荡电路:
图中R3,R4,R5构成负反馈支路, R1,R2,C1,C2的串并联选频网络构成正反馈之路并兼做选频网络,二极管构成稳幅电路。调节电位器R5可以改变负反馈的深度,以满足振荡电路的振幅条件和改善波形。二极管D1,D2要求温度稳定性好且特性匹配,这样才能保证输出波形正负半周对称,同时接入R4以消除二极管的非线性影响。
若,C1=C2,则振荡频率为f0=1/2πRC,正反馈的电压与输出电压同相位(此为电路振荡的相位平衡条件),且正反馈的系数为1/3。为满足电路的起振条件,放大器的电压放大倍数AV>3,其中,。由此可得出当>2R3时,可满足自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R6略应大于R3,这样既可以满足起振条件,又不会因为过大而引起波形严重失真。
此外,若对所有的频率成分不加选择的反馈放大,则无法输出正弦信号。为了输出单一的正弦波,还必须进行选频,仅仅使某一频率的正弦信号被放大和反馈形成震荡,而使其它的频率成分被抑制。由于振荡的频率为f0=1/2πRC,故在电路中可变换电容来进行振荡的频率的粗调,可用电位器代替R1,R2来进行频率的细调。
电路起振以后,由于元件的不稳定性,如果电路增益增大,输出幅度将越来越大,最后由于二极管的非线性限幅,这必然产生非线性失真。反之,如果增益不足,则输出幅度减小,可能停振,为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中负反馈支路的两个二极管即为自动限幅元件,主要利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性,来自动调节负反馈深度。
三、实验内容
(1)按所示的电路图连接好仿真实验电路,闭合开关、。
(2)启动仿真,用示波器观察有无正弦波的输出。若无输出,可从小到大调节R5使得VO波形从无到有,恰好出现震荡波形,记录波形;然后继续增大,直至稳定不失真,记录波形;继续增大,直至恰好出现失真波形,记录此时的波形。
(3)保持其他参数不变,观察C1=C2=0.01μF和C1=C2=0.02μF两种情况下(输出波形不失真),用毫伏表测量和的有效值和频率,并记录结果于表一中。
(4)打开开关、,再次观察VO波形。
四、实验结果
(1)、闭合时仿真波形记录
①临界起振波形
② 正弦波输出波形
③失真波形
(2)正弦波振荡器仿真测试数据记录
表一 正弦波振荡器仿真测试数据记录
(3)、打开时仿真波形记录
五、实验结果分析
(1)由振荡器的原理可知,当增大电位器R5阻值时,放大器的增益逐渐增大,当达到R6 =(R5+R4)>R3时,则振荡器总体电压放大倍数大于1,达到自激振荡的条件。此时开始自激振荡。当继续增大电位器时,增益继续增大,二极管开始非线性限幅,当输出幅值过大时,超过二极管限幅最值,开始出现非线性失真。
(2)改变选频网络的电容值,例如改为0.02μF,则理论上振荡器的输出信号的频率变为原来的一半,实验结果中如果忽略误差,则结果符合理论计算和猜测。
(3)断开二极管,电路失去限幅能力,一旦开始振荡,稍微增大放大器的增益,便会达到放大器的最大输出幅值,无法完成实际的应用。
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