测控电路课程设计-脉动恒流源设计.doc

燕山大学课程设计燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 脉动恒流源设计 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 10检测一班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 讲 师 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位： 仪器科学与工程系 学 号学生姓名专业（班级）检测一班设计题目脉动恒流源的设计设计技术参数以5Hz的频率产生电流强度为1mA的恒流源。该恒流源能在2K欧姆电阻上产生恒流。设计要求1：完成题目的理论设计模型；2：给出系统原理图、关键器件的参数及设计依据；3：完成电路的multisim仿真；工作量1：完成一份设计说明书（其中包括理论设计的相关参数以及仿真结果）；2：提交一份电路原理图；工作计划周一上午到周二上午，教室内做理论设计；周二下午到周五上午，自己有计算机的同学在教室内做multisim仿真，没有计算机的同学到实验室进行电路仿真；周五下午，教室内整理设计材料、准备撰写设计说明书参考资料1:基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计；2：模拟电子技术；3：电路理论；4：数字电子技术；指导教师签字温江涛基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2013年6月28日 目录摘要41 课设目的与要求51.1.课程设计目的51.2.课程设计任务和要求52 设计思路53 器件介绍53.1函数发生器63.2整流电路73.3741运算放大器94设计原理105总电路图116仿真图形117总结158参考文献16摘要本课程设计是关于脉动直流电源的设计，按照老师所给出的条件和要求设计了用脉动函数发生器与741运算放大器完成的输出1ma的脉动恒流源。我们通过自己先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设计成了最终符合要求的电路原理图，并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具体工作原理，达到了理想的要求。最后我们用Multisim软件对电路图进行了部分仿真。基本掌握了仿真的具体方法，总体来说我们对于仿真的结果比较满意。这次的设计我们不仅进一步学习了稳压电路的原理和设计，以及对电路的更深一步的了解，特别是掌握了仿真的方法，学会了仿真软件的应用。同时也加起了班级之间的团结和凝聚力，获益匪浅。1 课设目的与要求1.1.课程设计目的1）结合所学的电子电路的理论知识完成直流稳压电源课程设计；2）通过该设计学会并掌握常用电子元器件的选择和使用方法；3）提高自己综合分析问题和解决问题的能力。1.2.课程设计任务和要求2.1课程设计任务以5Hz的频率产生电流强度为1mA的恒流源。该恒流源能在2K欧姆电阻上产生恒流。2 设计思路（1）利用函数发生器产生脉冲电压，幅值为正负15V，频率为5HZ的交替脉冲电压。（2）用桥式整流电路将函数发生器产生的脉冲电压整流成频率为5HZ，幅值为15V,0V与频率为5HZ，幅值为-15V,0V的两个脉冲波（3）利用两个电压波加载在741运算放大器上，运用已学的知识设计电路，使运算放大器最终输出为1MA的脉动电流。 (4)在以设计成功的电路上加载一个2K欧姆的电阻，使电阻上能产生恒定的电流。3 器件介绍3.1函数发生器函数发生器是一种多波形的信号源。一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波、三角波、正弦波函数发生器的方法。有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。 函数发生器有很宽的频率范围，使用范围很广，它是一种不可缺少的通用信号源。可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。3.2整流电路整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。整流电路整流电路桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3通电回路，在Rfz ，上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz ，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。三相桥式全控电路三相桥式全控电路TR为三相整流变压器，其接线组别采用Y/Y-12。VT1VT6为晶闸管元件，FU1FU6为快速熔断器。TS为三相同步变压器，其接线组别采用/Y-11。P端为集成化六脉冲触发电路+24V电源输出端，接脉冲变压器一次绕组连接公共端。P1P6端为集成化六脉冲触发电路功放管V1V6集电极输出端，分别接脉冲变压器一次绕组的另一端。UC端为移相控制电压输入端。三相桥式半控电路三相桥式半控电路三相桥式半控整流电路与三相桥式全控整流电路基本相同，仅将共阳极组VT4，VT6，VT2的晶闸管元件换成了VD4，VD6，VD2整流二极管，以构成三相桥式半控整流电路。3.3 741运算放大器LM741是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。本电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。LM741可应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。4 设计原理利用电压-电流转换器将电压转换成电流输出，电压-电流转换器又称为跨导放大器，它接受某个输入电压VI，并产生形如io=AVi的输出电流，这里A是电路增益或电路灵敏度，以安/伏计。对于一个实际的转换器其特性取更为实现的形式为 io=Avi-1/R0*VL式中VL是响应电流在输出负载上建立的电压，而RO是从负载看进去的转换器输出电阻，对于真正的V-I转换器，io必须要与vi无关，也即必须有R趋于无穷打。 因为输出的是一个电流，为了能工作，电路就需要某个负载，将输出端口处于开路就会造成电路失效，因为i没有流经的路径。 当负载的一端已经被约束时就不再能将它放在运算放大器的反馈环节之内，这个称为Howland电流泵的电路有一个具有串联电阻R1的输入源vi和一个合成的接地电阻值-R2R3/R4的负阻转换器所组成。 当R1R4=R2R3时，输出就与VL无关，i=vi/Ri电压柔量V=R1/(R1+R2)*VSAT5 总电路图 因为V=15V 设计电流为1MA 所以 R1=15/1=15K欧姆 通过上两个式子可以得出 R1=R3=15K R2=R4=4.5K6 仿真图形两个函数发生器输出的波形经整流后形成的波形如下图所示 连接2K欧姆的电阻后，两千欧姆电阻的电压波形如下图所示7 总结为期一周的测控电路课程设计，让我在很多方面都有了收获。首先，通过课设，使我对恒流源有了深刻的认识，了解了它的基本特点，功能，及各种的电路等。其次，这次课设使用到了Multisim仿真软件，通过一周的学习，使我对这个软件有了大致的了解，也掌握了基本的操作。在这一周的时间里，我有很多搞不明白的问题，但是经过同学们的指点，就会有种豁然开朗的感觉，那些问题也就迎刃而解，可见团队合作的重要性。还通过查阅资料、上网学习，终于解决了剩余问题，在这一过程中，收获颇丰，学习到了很多新的知识，对一些知识点有了更深刻的认识和见解。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然一周的课设结束了，但我的设计还存在很多缺陷，电路还有许多不完善的地方，比如没有滤波，误差大等缺点，需要改善。课设虽然结束了，但今后的学习道路还有很长，自己一定要努力，认真，成为一个优秀的人。最后在此感谢温老师的认真指导以及校方为我们提供的良好地实验条件。8 参考文献1基于运算放大和模拟集成电路的电路设计 【美】赛尔吉欧.佛郎哥 著 刘树棠 朱茂林 荣玟 译 2、模拟电子技术 康华光主编 高等教育出版社3、电路理论 邱关源主编 高等教育出版社4、数字电子技术 阎石主编 高等教育出版社燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：该生学习态度 （认真 较认真 不认真） 该生迟到、早退现象 （有 无）