模拟电子技术

1、模拟电子技术课程设计 课 程 设 计 报 告课程设计名称： 模拟电子技术 系 部： 三 系 学生姓名： 班 级： 学 号： 成 绩： 指导教师： 开课时间： 学年 学期目 录1设计的目的及任务（1）1.1 课程设计的目的 （1）1.2 课程设计的任务与要求 （1）1.3 课程设计的技术指标 （1）2 电路设计总方案及原理框图 （2）2.1 电路设计原理框图 （2）2.2 电路设计方案设计 （2）3 各部分电路设计 （2）3.1 方波发生电路的工作原理 （2）3.2 方波-三角波转换电路的工作原理 (3）3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 （4） 3.4电路的参数选择及计算 （5）3.5

2、总电路图 （6）4 电路仿真 （7）4.1 方波-三角波发生电路的仿真 （7）4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真 （7）5 万用表制作和电路的安装 5.1 指针式万用表的基本原理 （8） 5.2 基本测量原理 （9）5.3 直流电流部分电路的分析与调试 （11）5.4 直流电压部分电路的分析与调试 （12）5.5 交流电压部分的电路分析与调试 （13）5.6 欧姆表部分电路的分析与调试 （14）6 整机组装及调试 （16）6.1 电路组成 （16）7 实验总结 （17）8 仪器仪表清单 （19）9 参考文献 （21） 251设计的目的和任务1.1 设计目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模

3、拟IC器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4掌握常用元器件的识别和测试5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法1.2设计任务 设计方波三角波正弦波函数信号发生器1.3课程设计的要求及技术指标1设计、组装、调试函数发生器2输出波形：正弦波、方波、三角波；3频率范围 ：在1010000Hz范围内可调 ；4输出电压：方波U24V，三角波U8V，正弦波U>1V；2函数发生器总方案及原理框图2.1 电路设计原理框图图21函数发生器电路组成框图2.2电路设计方案设计函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函

4、数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如2-1所示：2由比较器和积分器组成方波三

5、角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。3各部分电路设计3.1 方波发生电路的工作原理 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时

6、间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 3.2 方波-三角波转换电路的工作原理图3-1 方波三角波产生电路 图3-2比较器的电压传输特性 图33方波-三角波变换3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 图3-4 三角波正弦波变换

7、电路差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为： 式中差分放大器的恒定电流；温度的电压当量，当室温为25oc时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2） 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称

8、性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。3.4电路的参数选择及计算3.4.1 三角波-正弦波部分比较器A1与积分器A2的元件计算如下。即 取， 则，取，RP1为47K的点位器。取平衡电阻 即当时，取，则，取，为100K电位器。当时 ，取以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻。三角波>正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=100欧与RP4=1

9、00欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。3.5 总电路图图3-5三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路4 电路仿真4.1 方波-三角波发生电路的仿真图41方波发生电路仿真 图42三角波发生电路仿真图43方波三角波发生电路仿真4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真图44正弦波发生电路仿真 图45三角波正弦波发生电路仿真5万用表制作和电路的安装5.1 指针式万用表的基本原理5.1.1 万用表概述万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头，如图5-1。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电

10、流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或分压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。图5-1 万用表原理图5.1.2 MF47A技术指标1、直流电压：0-0.25V-1V-10V-50V-500V-1000V-2500V；2、交流电压：0-10V-50V-250V-500V-1000V-2500V；3、直流电流：0-50A-0.5mA-5mA-500mA-5A；4、电阻：0-2K-20K-200K-2M -40M；5、音频电平：10dB-22dB；6、hFE（晶体管放大倍数）：0-300；7、电感：20H-1000H（50HZ）；8、电容：0.001F-0.3 F 。5.2 基本测量原理

11、5.2.1直流电流测量原理如图5-2(a)所示，通过转换开关，使万用表内的表头（磁电式）并联一个适当的电阻(称分流电阻)进行分流就可以扩展电流量程。例1：某表头满量程是50微安，表头内阻1千欧，现在要求扩展电流量程为5毫安，分流电阻R的阻值应选择多少欧姆?根据所学知识得： （其中n为量程扩大倍数，Rg为电流表的内阻。所以：因此，只要用一个10.10的电阻与满量程为50uA内阻为1k的表头相并联即可组成最大测量范围为5mA的电流表。同理，也可组成测量范围为50mA、500mA或5A的电流表。5.2.2测量直流电压(V)的原理如图5-2(b)所示，通过转换开关，使万用表内的表头串接一个适当阻值的电

12、阻(倍增电阻)进行降压，就可以扩展电压量程。例如，有一块50uA、内阻1千欧的表头，现要使它成为最大量程为5V的电压表，问需串接一个多大阻值的电阻?根据所学知识得： （其中n为量程扩大倍数，Rg为电流表的内阻,R为图中的降压电阻。所以：所以，要扩大直流电压的量程，需串联一个电阻就能达到目的。5.2.3测量交流电压(V)的原理因为万用表表头是直流电表，所以测量交流电压时，首先得将交流电压变换为直流电压，然后再通过表头指示，如图5-2(c)所示。图中交流电变换为直流电是由D1和D2完成的。扩展交流电压的方法与直流电压量程扩展原理相似，这里就不重复。5.2.4测量电阻()的原理如图5-2(d)所示，

13、在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，电池的负极为万用表的正表笔。当用万用表的表笔去测量电阻时，流过被测电阻的电流，其大小随着被测电阻的阻值变化而改变，且与流过表头的电流成比例，因而可以测量出被测电阻的阻值。在图中W是零欧姆调整电位器。表头内阻Rg、电位器W、R2、R1串并联后的总阻值称为表头中心等效电阻，改变表头中心等效电阻的阻值(实际只改变R1的阻值)就能改变电阻测量的量程。(a) (b) (c) (d)5-2(a) 直流电流测量原理图 (b) 测量直流电压原理图 （c）测量交流电压原理图(d)测量电阻原理图5.3直流电流部分电路的分析与调试5.3.1电路分析直流电流测试的电路如

14、图5-3，图中R1、R2、R3、R4分别为500mA、50mA、5mA、0.5mA的分流电阻，可以通过转换开关控制电流的档位。R19和R22为分流电阻，和表头的内阻（2.5K）串联为万用表的表头等效内阻，数值为5.2K。D3、D4为保护表头。FU为熔断器，起短路保护作用。IX为被测电流，注意测试时万用表的正极要搭在被测电路二极管的正极上。图5-3直流电流测试电路图5.3.2安装调试1、将V型电刷装入转换开关内，再将装配好的电路板装入表盒中，注意插管正对插孔，电路板嵌入卡口中。2、用连接导线将测试口端和表头连接起来，注意正负极性并且正负连线间不能短路，以免烧坏表头。3、将万用表转换开关置直流电流

15、档。4、将表棒插入输入插管，测试被测电路，注意二极管应该加正向电压，结果填入表5-1，观察测试结果是否相近计算值，若误差很大，则电流表安装有问题。表5-1电源电压（R=1K）5V12V17V计算值I（mA）5.0112.0917.12测量值I（mA）4.7611.5815.50相对误差（）5495.3.3常见故障 检测无电流，检查电路安装是否完整，断开表头，将红黑表棒短接，用万用表检测AB两端的电阻为2.5K左右，若电阻为无穷大，说明电路有开路，若电阻为零，说明电路有短路，按电路图逐一检查。 检测有电流，但电流值和计算值相差很大，检查各个档位的电阻是否有装错，因为阻值读错，会导致分流不准确。5

16、.4直流电压部分电路的分析与调试5.4.1电路分析如图5-4所示，红虚线框内的是测量直流电压的降压电阻，蓝虚线框内是被测电压。R5、R6、R6、R8分别为1V、2.5V、10V、50V量程的分压电阻，此时表头的等效内阻同直流电流测量部分，为5.2K。图5-4 直流电压部分电路图5.4.2电路的调试按上图所示，将万用表转化开关置直流电压档，E为直流稳压电源，分别将直流输出电压调至下表中的值，用数字电压表和安装表测试电压值，比较两者之间的绝对误差，两者之间的误差应该很小，如果误差大的，说明安装表有误。表5-2电源电压5V12V17V数字表测4.98V12.02V17.01V安装表测5.10V11.

17、94V16.98V绝对误差%2115.4.3常见故障不能测电压。电路有短路，对照上图和整机原理图，逐一检测电路是否通路，直到排除故障为止，可以先考虑排除表头故障，再检查电刷是否接触良好，最后再用万用表检查电路，可以迅速找出故障所在位置。电压不准确。重点检查R22和R5、R6、R7、R8的阻值是否正确。5.5交流电压部分的电路分析与调试5.5.1电路组成电路如图5-5所示，黑色虚线框内为交流电流测量的分压电阻，R9、R10、R11、R12、R13分别为10V、50V、250V、500V、1000V量程的分压电阻，D1为半波整流元件，D2为泄放交流电负半周的电能，以保护电流表在负半周时不受损坏。图

18、5-5 交流电压部分电路图5.5.2电路调试将转换开关置10V交流电压档，测试工作台的电源电压为 10.6V ，置50V档，测试工作台的电源电压为 47.8V ，结论： 制作的安装表存在误差。常见故障： 电压无指示：检查熔断器是否烧断，如果烧断，则表明电路有短路，如果没有烧断，则表明电路有断路，根据上图，逐一检查各部分，直到排除故障位置。 误差很大：误差大，表明分压电阻安装有误，重点检查R9、R10、R11、R12、R13是否数值读错，引起安装错误。5.6欧姆表部分电路的分析与调试5.6.1电路组成电路如图5-6所示，图中WH1为调零电位器，R21为限流保护电阻，YM1为压敏电阻，以保护电阻挡

19、误测高电压时，引起电流过大烧坏表头，电阻R15、R16、R17、R18分别为R×1、R×10、R×100、R×1K电阻档的分流电阻，此时的电池电压为1.5V,R23为R×10K档的分流电阻，由图中可以看出，此时的电池电压为12V。BUZZ为短路报警，图中的喇叭为蜂鸣器，在短路时发出声音。用于方便检测电路通断。图5-6 欧姆表部分电路图5.6.2电路调试1、将万用表置欧姆档，按整机原装配下图的标记，引出1.5V电源正负极线，将稳压电源调至输出1.5V，用连线连接欧姆表电池引出线（图5-7），完成下表前4项的测试。电阻值可以由电阻箱或者现成的电阻提

20、供。用数字表测试同样的阻值填入表5-3。2、按整机装配图的标记，引出9V电源的正极线，将稳压电源输出调制12V，正极连接9V正极端子，负极连接1.5V负极端子，完成下表第五项的测试，方法同上。注意将电阻档至R×10K档。用数字表测试同样的阻值填表。图5-7 整机装配图表5-3标称值（R）10(R×1)100(R×10)1.0K（R×100）10K（R×1K）100K（R×10K）数字表测99.7100510.2298.9安装表测103.2108510.52103.1绝对误差%48343、分析用数字表和安装表测得的结果，应该误差不大，如

21、果误差很大，超过10以上，则安装表有误，重点检查各电阻档的分流阻值是否有误。5.6.3常见故障1、不能测电阻，无指示重点检查电源回路是否有故障，按图81逐一检查是否有断路，直到排除故障为止。2、误差很大，重点检查各档分流电阻值是否有误。3、调零不能调，WH2损坏，电池电量不足。6.整机组装及调试6.1电路组成电路如图6-1,阅读整机电路图，除了以上分析的电路以外，还有图中红线框内的部分电路没有分析到，从图中可以看出，D5、D6、C2为直流电流档保护电路，可以短路交流信号，保护表头，R28为分流电阻，用于测量10A大电流，测试时要将表棒的红笔插入右侧的10A插孔。R24、R25用于测量三极管的放

22、大倍数，当三极管插入相应插孔时，给基极和集电极提供偏置。R26、R27为高电压分压电阻，可以将交直流电压的量程扩大到2500V，测试时注意将红表笔插入右侧的2500V插孔，黑表笔不动。SW1是转换开关，合上是为短路检测档，即置BUZZ档，电路短路时蜂鸣器会发出声音。图6-1 整机电路图6.1.2整机调试在以上几个部分的调试结束，电路均正常后，做以下工作。1.焊接好电池夹子和连接线，检查是否连接可靠。方法对照整机原装配图标示。2.将调试用测试口拆除，连接好表头线，注意正负极性。3.将电路板装入表盒内，注意卡口到位，以免电刷接触不良。4.将电池装入电池盒内，插入表棒。5.将量程开关置电阻R

23、5;1档，红黑表棒短接，观察指针变化情况，若基本正常，则该表的电阻挡安装基本正常。6.将转换开关置R×10K档，同上检查该档的情况。7.将开关置直流电压档，直接测稳压电源的输出电压，观察结果是否正确。8.将开关置交流电压250V档，测工作台电源电压，是否在220V左右。9.如果上述几个步骤调试基本正确，表明安装基本没有问题。10.调试表头内阻：脱开表头线负端（B），用数字万用表的电阻20K档，一端接表头电路板A端，另一端接电路板（B），调节WH2，使阻值显示为2.5K，调试好以后焊上表头负端，整个安装过程结束。11.若有故障，按上述单元电路，先找出故障所在单元，按原理图逐一检查，直至

24、故障排除。安装完各元件后的得到的电板实物图如6-2、6-3所示：图6-2 实物上层 图6-3 实物底层7 实验总结还未实习的时候，听到有人说实习时的累和苦。到自己实习的时候，才了解到其实也挺轻松的，只要经自己的努力就好。在这一周的电工实习期间，我们都是从对万用表一无所知到最后亲手焊接成了一个万用表。我们自己摸索万用表的结构和功能以及一些零件，向老师咨询一些不了解的问题，让我们对万用表有更多的认识，万用表不仅常出现在实验中，对我们的生活也很重要。实习期间难免会遇到困难，比如焊接的不成功出现虚焊等问题，出现问题就需要解决，可以去问老师或是向同学请教，大家需要互相帮助。在最后的调试的时候发现自己的万用表不可以测出阻值，然后在同学的帮助下又不断的检查和修改。实习的最后