《电子技术Ⅱ》课程设计报告

                                                                                            

姓    名    梁家余               

学    号     201004170314         

院    系     自机学院             

班    级     电气三班            

指导教师     王荔芳 冯维杰       

   20## 年    06月

一、目的和意义

 该课程设计是在完成《电子技术2》的理论教学之后安排的一个时间教学环节。课程设计的目的是让学生掌握电子电路计算机辅助分析与设计的基础知识和基本方法，培养学生的综合只是应用能力和实践能力，为今后从事本专业相关工程技术工作打下基础。这一环节有利于培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生全局考虑问题,应用课程知识的能力,对培养和造就应用型工程技术人才起到较大的促进作用.

二.任务和要求

本次课程设计的任务是在教师的指导下,学习Multisim仿真软件的使用方法,分析和设计完成3个项目的电路设计和仿真.完成该次课程设计后,学生应达到以下要求:

1. 巩固和加深对<<电子技术2>>课程知识的理解;

2. 会根据课题需要选学参考书籍,查阅手册和文献资料;

3. 掌握仿真软件Multisim的使用方法;

4. 掌握简单模拟电路的设计,仿真方法;

5. 按课程设计任务书的要求撰写课程设计报告,课程设计报告能正确反映设计仿真结果.

三  模拟电路的设计和仿真

（一）单管放大电路的设计和仿真

图1-1 单管放大仿真电路

1、理论计算        

图1-2 直流通路图

静态分析：   三极管的

解：  = ==0.015mA

             =(500.015)mA=0.75mA

             =(12-0.753)V=9.75V

动态分析：  由虚拟仪表测得，当时,  则

            

            

      将开路，测得   则

              

2、仿真

图1-3  单管放大电路输入输出电压波形图

3、结果比较

通过比较可得仿真结果和理论结果有误差，仿真的结果小于理论的结果！

产生误差的原因：1）选择的三极管和理论图三极管的；

                  2）理论电路图的连接导线是理想的导线，没有电阻。而仿真电路图的连接导线不是绝对理想的

（二）求和电路的设计和仿真

1、仿真

.图2-1 求和仿真电路及输出电压

2、理论计算         公式：

当

理论值：      

由万用表得测量值： 

3、结果比较

测量值小于理论值  既：

(三) 积分电路的设计和仿真

图3-1 积分仿真电路

1、理论计算：

       在积分电路的输入端加上有效值为0.5V，频率为50HZ的正弦电压；由虚拟示波器可看到积分电路的输入、输出波形如图（b）所示。图中颜色较浅的是输入波形，颜色较深的是输出波形。由波形图可见，输出电压是一个余弦波，输出电压的相位比输入电压领先。

2、仿真

图3-2  积分电路仿真输入输出电压波形图

3、结果比较：由波形图可见，输出电压是一个余弦波，输出电压的相位比输入电压领先，和理论的波形很相近。

（四） RC串并联网络振荡电路设计和仿真

  

图4-1  RC串并联网络振荡仿真电路

1、理论计算

（1）  调节电位器RW，观察电路的输出情况。由虚拟示波器可见，当减小RW至一定值时，电路将不能振荡，如图（b）所示。增大RW至一个合适的值时，电路能够振荡，且输出波形较好，如图（c）所示。若继续增大RW，当RW的值太大时，输出波形产生严重失真，如图（d）所示。

（2）  根据图（c），从示波器上测得正弦波的周期T=475us，则振荡频率。

（3）  实际测量值：周期T=146ms,振荡频率

2、仿真

图4-2

图4-3 

图4-4  

3、结果比较：测量值大于理论值

原因：运算放大器的参数不一样

四   总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现并分析解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生时间工作能力的具体训练和考察过程。对我们工科的学生来说十分重要。通过一个周的模电仿真学习，我深刻感受到Multisim的确是一款功能强大的仿真软件。在电路仿真中我们学习了很多基本操作，模电仿真使我们进一步加强了使用Multisim仿真的能力。。

模电仿真中，单管放大电路和RC串并联网络振荡电路十分重要，重点分析过这些部分。对于我们学电的同学来说，按说我们应该对一些基本元件的使用方法及参数确定非常清楚，其实恐怕大多数的同学都做不到这一点。原因很简单——理解不够深刻。而使用仿真软件来验证以往学过的知识，我认为无疑是最好的手段。例如我们平时在教材中见到的运算放大器，一般情况下是不标示电源的，但在实际使用中，不加电源运放是无法正常工作的，这些疑惑我们都可以通过仿真软件来解决，通过实验我发现，不同的电路对电源接法的要求是不同的。刚做仿真的时候，我以为把自己设计的原理电路接上，就会产生自己所需要的波形，谁知道等一运行才发现，自己设计的电路中有不少错误，如没有辅助电源、没有接地点等，还有注意放大器前电阻的匹配问题，这些知识大都是我们无法从教材上学到的。

其实我感觉做仿真的过程就是做实物的前奏，只有通过仿真验证，证实了某种设计的正确性，才可以进入实物的制作阶段，这样可以节省大量的制作成本，减少不必要的浪费。要把自己学的课本知识真正的应用于实践，就必须经得起实践的检验，仿真验证是通向实物试制的通行证。无疑计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低的特点，现在已经广泛的应用于电子电路的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，而且还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度的降低设计成本，缩短系统研制周期。

由于只是在一个周的短时间学习，其实我们对于Multisim的学习犹如冰山一角，有好多问题还要继续研究与学习，但感觉已经受益匪浅，相信这次学习和使用仿真软件的机会对自己今后的学习和工作会很有帮助！

 

第二篇：模拟电子技术仿真实训指导书

实训一 三端固定式直流稳压电源设计

一、设计任务书

1、题目

三端固定式直流稳压电源设计

2、主要技术指标

①输入交流电压为220V（50HZ）.

②输出直流电压5V，输出电流为1A.

③输入交流在220V上下波动10%时，输出电压相对变化量小于2%. ④输出电阻R0<0.1欧姆。

⑤输出最大纹波电压小于10毫伏。

二、设计过程

1、课题分析

本课题可采用集成三端稳压器构成，只要加上一些外围元件即可实现。其框图和电路分别见下图所示。

220V-------电源变压器------整流电路------滤波电路-------稳压电路------输出（5V）

电源框图

2、方案论证

通过分析框图图，该电路由四个部分组成，它们的功能分述如下：

（1）电源变压器

它的任务是把电源电压220V变压到合适的大小。如果变压器次端电压太大，会造成集成三端稳压器7805的功耗大，温升高，且浪费电能。反之，如果变压器次端电压太小，三端稳压器不能正常工作，失去稳压作用。因此变压器次端电压大小要合适，这个值应该使三端稳压器在交流电网电压最低和输出电流最大时能正常工作。而且在正常稳压前提旧，它的压降尽可能小，以减少功耗。

（2）整流电路

它的任务是将正弦波变换成直流电压，这里一般采用桥式整流电路来实现，即可用四个二极管来组成，也可用整流桥来完成，只是参数一定要选择合理。

（3）滤波电路

它的任务是将全滤波形通过RC滤波网络以后变成更加平坦的直流电压，减小脉动，提高整流的效果。这时整流管中通过的电流的瞬时电流值要比平均值大得多，特别在接通电源瞬间有相当大的冲击（充电电流）通过整流管，这一点要引起注意。

（4）稳压电路

要求输出恒定直流电压，且要达到课题所担出的要求。在此选用一片7805芯片来实现。

3、方案实现

（1）计算u2和C2

查阅集成三端稳压器的资料可知，对输出电压在5~12v之间的稳压器，其输入端的电压一般要比输出端电压高5V。而输出电压在15~24V的稳压器，其两端电压差达到7~9V左右。在此我们选u2为10V。从电容滤波出发，C1的容量应足

够大，但C1的容量也不能太大，否整流元件的瞬时电流太大，而且容量越大，

电容器的体积越大，价格越贵。根据经验综合各方面情况，则取C1=3300?F。

（2）整流元件的参数

①反向耐压

2

根据桥式整流电路的性质可知，每个二极管在交流电网电压最高时承受的嗫大反向峰值电压为：uRM?2u2max?2?10(1?10%)V?15.6V ?

为了安全，整流管的反向耐压应当比上述值高50%以上，因此选择整流管时，其反向耐压应按下式考虑：uRM?15.6V?(1?50%)?23V

②正向电流

桥式整流电路中，每个整流二极管的正向电流平均值是输出电流的一半，其最大值为：(IDAV)max?()I0max?0.55A 2

由于整流管在接通电源瞬间有相当大的冲击电流（充电电流）通过，因此，整流管的参数IF（正向电流平均值）应比上述大（0.5--2）倍。若按IF比上述值大

（1.8?0.55）A?1A. 1.8倍考虑，则IF=1.8(IDAV)max?

根据上面的计算，本电源可选用1A/25V的整流桥堆。

（3）变压器二次绕组的电流

由于电容滤波电路中，整流管中的电流不是正弦波，变压器二次绕组电流的有效值Ia要比输出电流IO大，一般情况下，前者是后者的（1.1---3）倍。这里

我们取

Ia?1.8IOmax?(1.8?1.1)A?2A

因此，变压器二次绕组的额定电流（交流有效值）Ia应按2A设计。

（4）估算三端稳压器的功耗和散热器的参数

三端稳压器的功耗基本上等于它的输入端与输出 端之间的压降平均值与输出 电流的乘积，即P??(UI)AV?UO?IO

式中，(UI)AV为三端稳压器输入电压的平均值。

当交流电网高、输出 电压最低且输出电流最大时，三端稳压器的功耗最大，即将U2max?10V?(1?10%)?11V,Iomax?1.1AT和7805的参数UOmin?4.75V估

算可得

PMAX?6.9W

3

集成三端稳压器的正常工作温度是0—70度，为留有裕量，我们按三端稳压器7805的温升超过60度估算，并考虑最不利的条件（环境温度为30度），则散热器的热阻RTf应满足下面的不等式

RTf?60C?30CPmax00?30C6.9W0?4.3C/W0

查阅叉指型散热器的参数可知，可选 用SRZ106叉指型散热器，它的热阻为3度/W。

（5）其它元器件的选择

集成三端稳压器存在漏电流，当RL开路时，如果没有R（即R开路），那么输出电压可能不正常，因此在输出端并联R。流过R的电流应大于三端稳压器的漏电流，一般取

IR?UOR?5mA

R?UO

IR?55?1K?

R可采用（1/8）阻值1K的普通电阻。

4、安装调试注意事项

（1）直观检查

（2）空载检查

4

实训二 三端可调式直流稳压电源设计

一、设计任务书

1、题目

三端可调式直流稳压电源设计

2、主要技术指标

①输入交流电压为220V（50HZ—60HZ）.

②输出直流电压0---10V，

③输出电流为0---80mA.

④输入交流在220V上下波动10%时，输出电压相对变化量小于2%. ⑤输出电阻R0<0.1欧姆。

⑥输出最大纹波电压小于10毫伏。

二、设计方案

方案一：

如下图所示，是采用固定式三端稳压器组成的可调稳压电源电路。用7805组成的输出电压从零起调的稳压电源，需要加一组辅助电源，2CW53的稳定电压为5V，此时电位器RP的下端不是接地，而是接到-5V上，调节RP，使7805公共端的电位能在-5----0V之间变化。

稳压电源的输出 电压由-5V基准电压与上部正电压相加决定。通过调节RP 5

改变公共端电位的方法，达到调压目的。例如，当调节电位器RP使其阻值为零时，相当于7805的公共端接到-5V上，此时稳压电源的输出电压为零。当调节电位器使其阻值为最大（即RP=1K）时，输出电压可达10V左右（510欧），UO?2UX?1?(RP/R)?，从而可实现了输出电压0---10V连续可调。

方案二：

采用一片第二代三端集成稳压器W317组成，它与W7800（W7900）固定式稳压比较，它们没有接地公共端，只有输入、输出和调整三个端子，是悬浮式电路结构。W317、W337稳压器内部设置了过流短路保护，调整管安全工作区保护及稳压器芯片过程保护等电路，因此十分安全可靠。W317最大输入、输出电压差极限为40V，输出电压1.2---35V连续可调，输出.5---1.5A，最小负载电流为5mA，基准电压1.25V。

应用线路如下图，W317能在最大输入电压不超过40V的条件下，固定电阻R(240?)接在稳压器输出端至调整端（ADj）之间，其两端电压为1.25V，调节

电位器RP（0—6.8K），就可从输出端获得1.25—35V的连续可调的输出电压。

由于稳压器有维护电压不变的能力，所以R上流过的是一个恒流源，其值为IR?1.25V/240??5mA。W317最小负载电流为5mA，所以240欧是电阻R的最大值。流过RP的电流是以及稳压器调整端流出的电流IADj(50?A)之和，因此调

节电位器RP能改变输出电压。

6

实训三 可编程函数发生器设计

一、设计任务书

1、题目

可编程函数发生器设计

2、技术指标

①输入8位二进制，数值由最小值到最大值变化时，要求输出方波、三角波和正弦波的频率在50HZ---1KHZ连续变化

②输出方波的幅值正负6V

③输出三角波的幅值为正负4V

④输出正弦波的峰值大于2V

二、设计过程

1、课题分析

函数发生器是一种能够产生方波、三角波和正弦波的装置。首先组成一个方波发生器，然后再经过波形变换器，把主方波变为三角波。而频率的改变可用电位器及可调电容器来实现。只是上述方法只能采用手动，很难用编程的方法去实现。如果用二进制编程去控制多路模拟开关接通不同数值的电阻和电容。这样，虽然频率的改变可以实现可编程，但波形的频率不是连续可调，且成本较高，因此该方案不可取。

第二种方案采用压（直流电压）方波发生器，其输出方波的频率和幅值与控制电压成正比，通过积分器把方波变为三角波，再通过有源波形变换器把三角波变为正弦波。控制电压通过D/A转换器由二制进代码给出。如果采用8位D/A转换器，输出频率变化可分256个等级，再选择适当的积分电阻和电容值，使频率变化在50HZ—1KHZ范围之内。采用这种方案的优点是电路简单、容易调迁、成本低廉，其分辩率为4HZ.

2、方案论证

通过上述分析，决定采用第二种方案。其框图如下图所示。从图中可以看出，可编程函数发生器由三个部分组成，它们的功能人述如下：

7

方波

00—压控方波三角波发生器

波形变换器正弦波 三角波

可编程函数发生器框图

第一部分是D/A数模转换器。它们的任务是把通过编程得到的二进制代码00---FF转换成与其大小成比例的控制电压UC。

第二部分是压控方波---三角波发生器。它是一个受UC控制的振荡器，其输

出的方波和三角波的频率与控制电压UC的大小成正比。

第三部分是波形变换器，它的任务是将三角波变换成正弦波。

在以上三个部分组成中，起主要核心作用的是压控三角波发生器，下面首先分析它的组成和工作原理。

①压控方波----三角波发生器

如图（一）所示，运算放大器N1、晶体管V和电阻R、R2、R6组成反向

器，其输出电压uo1的高低电平的时间受晶体管V的截止和导通时间控制。如果V

的截止和导通时间相等，N1输出电压uo1的正、负幅值是与UC相等的方波。N2、

C1、R1、R2组成积分器，其输出电压uo2为三角波，三角波上升和下降的斜率与

输入电压uo1的幅值成正比。N3、R3、R4、R5和VS组成滞回比较器，输出正、

负电平的时间由三角波uo2下降和上升到达阈值电压UT的时间所决定。如果UT

不变，则N3输出uo3方波的周期与uo2三角波的斜率成正比，即与控制电压UC大小成反比。

8

电路图（一）

如图（一）所示，N1为反向器。当V截止时N1组成比例求和电路，其输出

电压uo1?1?(RR)?(RR)?UC。当V饱和导通时，两电阻R??2之间接地，N1为反相比例放大器，其输出电压uo1??UC。只要V截止和饱和导通的时间相等，

输出电压uo1将是幅度与UC相等的方波。

图（一）中N2是积分器，其输出电压为：

uo2??1R1C1?uo1dt??uo1R1C1dt

当uo1??UC时，积分器输出uo2由UT?上升到UT?所需的时间为T2，所以： 2UT??(?UC)R1C1?T2

R5

R4?R5T?4UTR1C1UC（其中UT?UVS）

由以上分析可知，三角波和方波输出幅度分别由阈值电压UT和稳压管的稳

9

定电压UVS决定。

②D/A转换

D/A转换器有现成的产品出售，但价格较贵。鉴于课题精度要求不是很高，可用运算放大器和权电阻方法实现，如图（二）所示。

电路图（二）

其中S7???S0是8位码拨动开关，与给定的8位二进制的高位和低位相对

应。S合上为1，打开为0.可以证明输出模拟电压UC与给定的二进制Dn的关系为：

UC??UREF28Dn（其中UREF为参考电压）

如已知模拟电压，就可算出应给定二进制数大小。

③波形变换器

把三角波转换成正弦波的方法较多。对于固定频率或频率变化范不大的情况，可采用低通滤波器，滤掉高次谐波，把三角波变为正弦波。如果频率变化范围较大，一般采用折线逼近法，把三角波变为正弦波。

观察两者波形可知，它们的最大差别是在顶部，如果设法将三角波顶部斜率 10

逐渐减小的折线段去逼近，三角波将转换成近似的正弦波，如图（三）所示。

用折线法把三角波转换成正弦波的电路有两种。一种是无源电路，一种是有源电路。有源电路转换精度高，如图（三）所示。电源正负15V，经电阻分压，分别得到U1、U2、U3和U1/、U2/、U3不同等级电压。由于同下标的R和R?相等地，所以输入为零时，输出也为零。当U1、U2、U3为正值，U1/、U2/、U3

/

/

为负值时，所有二极管因反向偏置都不导通，此时只有Rf接在反馈回路中，放大倍数最大。当输入三角波电压为负半波并逐渐下降时，U1/、U2/、U3电压依次上升到大于零，VD1?、VD2?、VD3依次由截止到导通，分别将电阻R2?、R4?、

?

R6接入反馈支路中，与Rf并联，使入大倍数逐次降低，输出正半波的斜率逐次

/

?

变小，这样就形成用折线逐次逼 近正弦波的变化规律。

同理，当输入们号为正半波时，uo将由零逐渐上升，VD1、VD2、VD3依次由截止到导通，又分别把R2、R4、R6依次接入反馈支路中，uo下降的斜率逐渐减小，使输出波形接近于正弦波负半波的变化规律。各电阻要选择合适，此电路即可把三角波转换成正弦波。

?

VD3由图（三）可知，当ui由零开始下降，uo由零开始上升时，VD1?、VD2、

?

依次导通，放大倍数与?t之间的关系如下：

当?t?250时，二极管都不导通，此时

uoui

?RfRO

?1

当250??t?500时，VD1?导通，此时

uoui

?

Rf//R2

R0

??

0.49?0.250.56?0.28

?0.76

??

当500??t?700时，VD1和VD2导通，此时 uoui

?

??

Rf//R2//R4

R0

?

0.6?0.490.77?0.56

?0.56

11

当700??t?900时，VD1?、VD2?、VD3导通，此时

uoui

?

???

Rf//R2//R4//R6

R0

?

0.63?0.61?0.77

?0.13

?

如果假设的R0值，依据上式列出的比例关系，很容易求出Rf、R2?、R4?、

????

R6的值。因为波形对称，所以R2?R2、R4?R4、R6?R6。

3、方案的实现

①压控方波----三角波发生器

如图（一）所示，运算放大器N1、N2、N3用一片LM324，其它各电阻、电容的参数可用上述推导的公式计算。

已知公式UC?4UTR1C1/T,UT为滞回比较器的阈值电压，其值应等于三角波的幅值电压UIM。由技术指标给出UIM?4V，所以UT?4V。如设R1?10K?、

C1?0.33?F，方波的频率在

3

50HZ---1KHZ之间变化时，可算出

。

UC?50?4UTR1C1???104UTR1C1之间变化，即UCmin?0.264V,UCmax?5.28V

为留有一定的余量，选UCmin?0.2V,UOmax?6V，。

又因UT?②D/A转换器

D/A转换器中的运放仍采用LM324，根据公式UC(UREF/28Dn)，假设

UREF?6V，已知UC在6—0.2V之间变化，可算出输入的数字量应在Dmax?255

R5R4?R5

UVS，如选UVS?6V，并设R5?20K?，则算出R4?10K?。

和Dmin?9之间变化。

各权电阻值如设R?10k?，如图（二）所示各电阻的关系，很宴容易确定其它各电阻值。 ③波形变换器

如图（三）所示，当?t?250时，所有二极管都不导通，此时

uoui

?1,

R5R0

?1如设，R0?10K?,Rf?RO?10K?

12

当250??t?500时，VD1?导通，此时

uoui

?

Rf//R2

R

?

?

?0.75可算出R2?30K

当500??t?700时，VD1?和VD2?导通，此时

uoui

?

??

Rf//R2//R4

R0

?

?0.52可算出R4?17K

当700??t?900时，VD1?、VD2?、VD3导通，此时

uoui

?

???

Rf//R2//R4//R6

R0

?

?

?0.75可算出R6?1.73K

电路图（三）

??

根据电路对称性，R2?R2?30K、R4?R4?17K、R6?R6?1.73K。

?

已知波形变换器输入三角波电压幅度UIM?4V，当U1上升至零伏时，VD1

??

13

开始导通，此时uo/UIM?0.28，算出uo?4V?0.28?1.12V。由于R2?已知，根据分压比，可求得R1??15?R2?/1.12?402K，选标称值R1??390K。

当uo上升到0.49UIM时，uo?4v?0.49?1.96v,U2/升到零伏，VD2?导通，根据分压比可求得R3?15?R4/1.96?130K。

当uo上升到0.6UIM时，uo?4v?0.6?2.4v,U3升到零伏，VD3导通，根据分压比可求得R5?15?R6/2.4?10.8K，选标称值R5?11K。

根据电路对称性，R1?R1??390K、R3?R3?130K、R5?R5?11K。 4、安装调试

电路安装时要注意，各元器件在插板上的布局应合理，使元器件之间的连线尽可能短，特别是信号的传递通道要取捷径，并且远离强干扰源。

定性观察uo1、uo2、uo3各输出 波形是否与设计要求相对应。用拨码开关由小到大设置二进制数，观察uo2输出 的三角波的频率是否相应地增高。其幅度与

UVS

/

??

?

??

??

、R5、R4有关，频率的调节可适当改变积分电路的R1、C1值。

14