理学模电课设

1、2011 2012 学年 第 二 学期 模拟电子技术基础 课 程 设 计 报 告题 目： 反馈式稳幅电路设计 专 业： 电气工程系电子信息工程 班 级： 10电子信息工程2班 姓 名： 牛然 陈丽华 支发云 陈坤 束东升 敖霜 柯瀚 指导教师： 王银花 电气工程系2012年5月12日任务书课题名称反馈式稳幅电路设计指导教师（职称）王银花 执行时间2011 2012 学年 第 二 学期 第 13 周学生姓名学号承担任务牛然1009121112整个方案的构思与实施及仿真陈坤1009121008整个方案的构思与实施及文档整理支发云1009121128设计场效应管及计算u0参数陈丽华100912110

2、0制作电路cad原理图及设计场效应管束东升1009121054设计反相比例运算电路敖霜1009121002设计半波精密整流电路柯瀚1009121036设计二阶低通滤波器设计目的1、学习反馈式稳幅电路的设计方法；2、研究反馈式稳幅电路的设计方案。设计要求 1、技术指标：要求输入电压波动20%时，输出电压波动小于3.0%；输入信号频率从50200变换时，输出电压波动小于1.0%；负载电阻从10k变为5k，输出电压波动小于1.0%。 2、设计基本要求（1） 设计一个输出反馈式稳幅电路；（2） 拟定设计步骤； （3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 要求绘出原理图； （5）

3、撰写设计报告。反馈式稳幅电路摘 要 反馈式稳幅电路主要包括四个部分，分别是反相比例运算电路，半波精密整流电路，二阶低通滤波器电路和场效应管。我们需要将这四个部分组合设计出一个反馈式稳幅电路。反馈电路在各种电子电路中都获得普遍应用，设计此电路让我们更加了解了所学内容在生活中的应用。 反馈式就是利用反馈电路控制电压变化，稳定电压的幅度变化，从而达到稳幅的作用。“稳幅”就是稳定幅度，例如4v直流电它的幅度是4，有的电路他的电压是不稳定的，在4 v左右变化，稳幅电路的作用就是使电压变化的幅度变小。 反馈是将放大器输出信号（电压或电流）的一部分或全部，会受到放大器输入端与输入信号进行比较（相加或相减），

4、并用比较所得有效输入信号去控制输出，这就是放大器的反馈过程。而加入稳幅电路使得电路的应用更加广阔，所以这次课程设计使我们获益匪浅。场效应管工作在可变电阻区，电路通过集成运放a3的输出控制场效应管的工作电流，来达到输出电压的目的。要求输入电压波动20%时，输出电压波动小于3.0%；输入信号频率从50200变换时，输出电压波动小于1.0%；负载电阻从10变为5,输出电压波动小于1.0%。当参数选择合适时，若幅值增大导致增大，则减小，使得、减小，从而使减小，趋于原来值。过程简述如下：增大导致增大导致减小导致减小导致减小减小，若幅值减小，则各物理量的变化与上述过程相反。 反馈式稳幅电路要求我们弄懂当输

5、出电压变化时，输出电压基本不变。关键词：反馈式；稳幅；整流；滤波。绪论课程设计作为模电技术课程以及数字电路课程的重要部分，其目的是使学生更好的巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型系统的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程学习实践奠定基础。通过课程设计使学生会查阅手册和有关文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力以及培养学生严肃工作的工作作风和严谨的科学态度。通过实际电路方案的分析比较、设计、器件选取、仿真等环节，掌握了简单实用的电路分析方法和工程设计方法。掌握了常用仪器设备

6、的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。综合运用课程中学到理论知识去独立一个设计任务。本次课题设计的课题为“反馈式稳幅电路”。参考各类文献熟知各种电路的参数及性能。并掌握他们的设计，测量及调整方法，最后通过实验要求及各个单元电路的关系，组装成合理的电路，并进行测试。这不仅需要合适的理论知识，而且还需要有一定的实践能力和动手能力。反馈式稳幅电路目 录第一章 前言 5 第二章 设计内容 6 2.1 设计目的 6 2.2 设计的基本要求 6 2.3 设计原理 6 2.4 设计分析 6 第三章 反馈式稳幅电路的设计内容 7 3.1 反馈式稳幅电路的组成部分 7 3.2 反相比例运算电路的设计 7

7、 3.3 半波精密整流电路的设计 8 3.3.1 整流电路 8 3.3.2 半波精密整流电路工作原理 9 3.4 二阶低通滤波器电路的设计 10 3.4.1 滤波电路 10 3.4.2 有源滤波电路 11 3.4.3 二阶低通滤波电路 11 3.5 场效应管电路的设计 12 3.5.1场效应管的工作原理 12 3.5.2 场效应管的主要作用 13 3.6 总电路设计 13 3.6.1 反馈式稳幅电路总设计图 14 3.6.2 反馈式稳幅电路的工作原理 14 第四章 电路的仿真 15 4.1 反相比例运算电路 15 4.2 半波精密整流运算电路 17 4.3 低通二阶滤波电路 18 4.4 反馈

8、式稳幅电路 19 第五章 发现解决问题及收获 29 5.1 遇到的问题及解决方案 29 5.2 收获及建议 29 文献参考 30 附录1 31 附录2 32 第一章 前言 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变。反馈式稳幅电路是一种非常有用的电路。反馈是稳幅电路是由四大部分组成，分别是反相比例运算电路，半波精密整流电路，二阶低通滤波器，可变电阻。 反相比例运算电路:如果输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反相比例运算电路具有反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运算共模抑制比要求低；输出电阻小，带负载能力强；要求放大倍数较大时，

9、反馈电阻阻值高，稳定性差的特点。半波精密整流电路:选用半波整流电路是因为此电路简单，元件少，单输出电压值流成分小（只有半个波），脉动程度大，整流效率低，仅适用于输出电流小、允许脉动程度大、要求低的场合。所以这次我们选用半波精密整流电路。二阶低通滤波器电路:二阶低通滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路，也是高阶滤波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和二次型。本次设计采用二阶低通滤波器。场效应管:场效应管可应用于放大；具有很高的输入阻抗适合作阻抗变换；可以用作可变电阻；可以方便的用作恒流源；可以用做电子开关。我们根据场效应管可用作可变电阻

10、将其等效为可变电阻。以上为本次设计的理论基础。第二章 设计内容2.1 设计目的 （1）学习反馈式稳幅电路的设计方法； （2）研究反馈式稳幅电路的设计方案。2.2 设计的基本要求 （1）技术指标：要求输入电压波动20%时，输出电压波动小于3.0%；输入信号频率从50200变换时，输出电压波动小于1.0%；负载电阻从10变为5，输出电压波动小1.0%。 （2）设计基本要求： （a）设计一个输出反馈式稳幅电路； （b）拟定设计步骤； （c）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （d）要求绘出原理图； （e）撰写设计报告。2.3 设计原理 设计原理框图如图2.3.1所示，包括反比例运算电

11、路、半波精密整流电路、二介低通滤波器电路、场效应管电路。图2.3.1 设计原理框图2.4 设计分析 由设计原理可知直流稳压电源应由几部分组成，而且各个部分相对独立，因此，在进行设计电路的时我们采用各个部分分别设计，独立选择器件，独立测试的方法，最后将这几部分进行组装、调试，达到设计完整直流稳压电源电目的。第三章 反馈式稳幅电路的设计内容3.1 反馈式稳幅电路的组成部分 根据设计原理及要求可知反馈式稳幅电路主要四个部分组成，1、反比例运算电路，2、半波精密整流电路，3、二介低通滤波器电路，4、场效应管电路。3.2 反相比例运算电路的设计图3.2.1 反相比例运算电路 输入信号从反相输入端引入的运

12、算，便是反相运算。如图3.2所示反相比例运算电路，输入信号经输入端电阻作用于集成运放的反相输入端，故输出电压与反相。同相输入端通过电阻接地，为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性；其值为（即将输入端接地）时反相输入端总等效电阻，即各支路电阻的并联，因此。电路中通过引入负反馈，故为“虚地”。节点1的电流方程为由于1点为虚地，整理得出 因此闭环电压放大倍数为： 上式表明，输出电压与输入电压是比例运算关系，或者说是比例放大的关系。如和的阻值足够精确，而且运算放大器的开环电压放大倍数很高，就可以认为与间的关系只取决于和的比值，而与运算放大器本身的参数无关。这就保证了比例运算的精确和稳定性

13、。式中的负号表示与反相。 图中的是一静态平衡电阻，即在静态时（输入信号=0），两个输入端对地的等效电阻要相等，达到平衡状态。其作用是消除静态基极电流对输入电压的影响。因此。 从反馈类型来看，在图中，反馈电路输出端引出而接到反相输入端。设为正，则为负，此时反相输入端的电位高于输出端的电位，输入电流和反馈电流的实际方向即如图中所示，差值电流，即消弱了净输入电流（差值电流），故为负反馈。反馈电流取自输出电压，并与之成反比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电流的形式出现的，它与输入信号并联，故为并联反馈。因此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路。另外，电路的输入电阻不高，输出电阻很低。3.3

14、半波精密整流电路的设计3.3.1 整流电路 整流：将交流电转换为直流电，称为整流。 精密整流电路的功能：将微弱的交流电压转换成直流电压。整流电路的输入保留输入电压的形状，而仅仅改变输入电压的相位。当输入电压为正弦波时半波整流和全波整流输出波形如图3.3.1所示。 图3.3.1 半波整形与全波整形输出波形3.3.2 半波精密整流电路工作原理 当大于0时，必然使集成运放的输出0，从而导致二极管导通，截止；小于0时，必然使集成运放的输出0，从而导致二极管导通，截止。3.3.2 半波精密整流电路原理图图 3.3.3 二极管的伏安特性曲线 在如图3.3.2所示的半波整流电路中，由于二极管的伏安特性曲线如

15、图3.3.3所示，当输入电压幅值小于二极管的开启电压时，二极管在信号的整个周期均为截止状态，输入电压始终为零。即使幅值足够大，输入电压也只反映大于的那部分电压的大小。因此，该电路不能对微弱信号整流。 半波精密整流电路如图所示，其工作原理： 当大于0时，必然使集成运放的输出0，从而导致二极管导通，截止，电路实现反相比例运算，输出电压=-(/)， 当小于0时，必然使集成运放的输出0，从而导致二极管导通，截止，中电流为零，因此输出电压=0。 二极管具有单向导电性，这在电子电路中应用非常广泛。例如整流电路就是二极管的典型应用之一。但由于二极管死区电压的存在，对于幅值小于死区电压的正弦信号来说， 二极管

16、将不导通，故起不到整流作用。图3.3.2所示的电路，就是一精密整流电路，它将毫伏级的正弦信号转换成半波输出。3.4 二阶低通滤波器电路的设计3.4.1 滤波电路 滤波电路是一种能让需要频段的信号顺利通过，而对其它频段信号起抑制作用的电路。这种电路中，能把顺利通过的频率范围，称之为“通频带”或“通带”；反之，受到衰减或完全被抑制的频率范围，称之为“阻带”；两者之间幅频特性发生变化的频率范围，称之为“过渡带”。理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，两截止频率之间的幅频特性也非常数，故需用更多参数来描述。通带放大倍数。称通带中输出电压与输入电压之比为通带放大倍数。

17、通带截止频率。幅频特性值等于0.707所对应的频率称为滤波器的截止频率。以为参考值，0.707对应于-3db点，即相对于衰减3db。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。图 3.4.1 低通滤波器的实际幅频特性 从到接近零的频段称为过渡带，是趋近于零的频段称为阻带。过渡带越窄，电路的选择性越好，滤波特性越理想。分析滤波电路就是求解电路的频率特性，对于lpf,hpf,bpf,bef,apf就是求解出，和过渡带的斜率。3.4.2 有源滤波电路 此次设计我们所用的是有源滤波电路。有源滤波电路一般是由rc网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能起到滤波作用，与

18、此同时还可以进行放大。组成电路时应选用带宽合适的集成运放。有源滤波电路不适用于高电压大电流的负载，只适用于信号处理。通常，直流电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流负载时，应采用lc电感电容电路。 有源滤波器工作原理是：用电流互感器采集直流线路上的电流，经a/d采样，将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为pwm的调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制igbt单相桥，根据pwm技术的原理，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，将线上的谐波电流抵消掉。这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流的

19、谐波分量反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。3.4.3 二阶低通滤波电路 反相二阶低通滤波器如图3.4.2所示，它是在反向比例积分器的输入端再加一节rc低通电路而构成。加入rc节可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大。这次我们选用低通滤波器是使其抑制高频量或干扰和噪声，允许信号中的低频或直流分量通过。图3.4.2 反相二阶低通滤波器3.5 场效应管电路的设计3.5.1场效应管的工作原理场效应管如图3.5.1工作原理用一句话说，就是“漏极-源极间流经沟道的id，用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压控制id”。更正确地说，id流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的

20、变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在vgs=0的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加vds的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流id流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，id饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生id的饱和现象。其次，vgs向负的方向变化，让vgs=vgs

21、(off)，此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且vds的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通。图3.5.1 场效应管3.5.2 场效应管的主要作用 1.场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。 2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。 3.场效应管可以用作可变电阻。 4.场效应管可以方便地用作恒流源。 5.场效应管可以用作电子开关。根据此次设计的需要我们将场效应管用作可变电阻。3.6 总电路设计3.6.1 反馈式稳幅电路总设计图 根

22、据以上对四个电路图的分析及设计要求，我们设计出的总电路图如图3.6.1所示。图3.6.1 反馈式稳幅电路3.6.2 反馈式稳幅电路的工作原理 当参数选择合适时，若幅值增大导致增大，则减小，使得、减小，从而使减小，趋于原来数值。过程简述如下：增大导致增大导致减小导致减小导致减小且减小，若幅值减小，则各物理量的变化与上述过程相反。 第4章 电路的仿真4.1 反相比例运算电路 反相比例运算电路如图4.1.1所示，在输入电压峰值为5v，频率为50的正弦交流电压下，当2 ,1时，输出的波形数值与输入的波形数值相等，相位相差90度。其仿真波形如图4.1.2所示。（红色表示输入，绿色表示输出。下面的图也如此

23、）图4.1.1 反相比例运算电路图4.1.2 反相比例运算电路仿真 但是我们所设计的电路，而是=1,=82,=1，其电路图及其仿真图如图4.1.3和图4.1.4所示，输出失真。图4.1.3 反相比例运算电路图4.1.4 反相比例运算电路仿真4.2 半波精密整流运算电路 半波精密整流电路如图4.2.1所示，其工作原理： 当大于0时，必然使集成运放的输出0，从而导致二极管导通，截止，电路实现反相比例运算。 当小于0时，必然使集成运放的输出0，从而导致二极管导通，截止，中电流为零，因此输出电压=0。其仿真电路如图4.2.2所示。图4.2.1 半波整流运算电路图4.2.2 半波整流运算电路仿真4.3低

24、通二阶滤波电路反相二阶低通滤波器如图4.3.1所示，它是在反向比例积分器的输入端再加一节rc低通电路而构成。加入rc节可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大。其仿真电路如图4.3.2所示。图4.3.1 低通二阶滤波电路图4.3.2 低通二阶滤波电路仿真4.4反馈式稳幅电路反馈式稳幅电路如图4.4.1所示，工作过程原理简述如下：增大导致增大导致减小导致减小导致减小减小，若幅值减小，则各物理量的变化与上述过程相反。其输出仿真电路波形如图4.4.2、图4.4.3、图4.4.4所示。图4.4.1 反馈式稳幅电路输出电路图4.4.2 反馈式稳幅电路输出仿真波形图4.4.3 反馈式稳幅电路输出电路图4

25、.4.4 反馈式稳幅电路输出仿真波形图4.4.5 反馈式稳幅电路输出电路图4.4.6 反馈式稳幅电路输出仿真波形 当的频率为50时，当的幅值变化看的输出。的变化率以幅值为5v的的输出为基准计算得到。幅值（）的变化率波形标号3v 164mv 1.79% 4.4.105v 167mv 0.00%4.4.117v 162mv 2.99%4.4.12表格1 图4.4.7 = 3v 图4.4.8 = 5v 图4.4.9 = 7v 图4.4.10 = 3v时，的输出波形图4.4.11 = 5v时，的输出波形图4.4.12 = 7v时，的输出波形 当=5v时，频率变化看的输出。的变化率以频率为50的的输出为

26、基准计算得到。频率（hz）的变化率波形标号50hz 167mv 0.00% 4.4.17100hz 166mv 0.59%4.4.18150hz 167mv 0.00%4.4.19200hz 166mv 0 .59%4.4.20表格2 图4.4.13 =50 图4.4.14 =100 图4.4.15 =150 图4.4.16 =200 图4.4.17 =50时，的输出波形图4.4.18 =100时，的输出波形图4.4.19 =150时，的输出波形图4.4.20 =200时，的输出波形 当=5v，=505时，变化，看的输出。的变化率以频率负载为10 的的输出为基准计算得到。负载（）的变化率波形标号10k 1.14mv0.00%4.4.235k 1.15mv0.87%4.4.24表格3 图4.4.21 =10 图4.4.22 =5图4.4.23 =10时，的输出波形图4.4.24 =5时，的输出波形综上所述：l 当输入电压波动20%时，输出电压波动小于3.0%；l 当输入信号频率从50200变换时，输出电压波动