指数运算电路实验报告内容

1、精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档电子电路综合设计实验报告实验名称：指数运算电路的设计与实现姓名：班级： 学号班内序号：院系：信息与通信工程学院专业： 通信工程指数运算电路的设计与实现摘要：指数运算电路由对数放大电路、反对数放大电路和温度补偿电路组成。利用二极管的PN结的指数型伏安特性可实现对数运算。引入运算放大器，利用运算放大器反向端的虚地特性，把PN结上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系，分别形成对数放大器和反对数放大器。由于晶体管相关参数UT 、IES都是温度的函数，运算精度受温度影响大，故加上温度补偿电路。关键词：对数放大器、反对数放大器、温度补偿电路、指数特性设

2、计任务要求1基本要求：设计并实现一个指数运算电路，要求电路的输出输入满足指数运算关系uo=uik，k的大小由电路中元器件参数决定，本实验中K=3。2设计指标及给定条件为：（1）电路的输入阻抗Ri 100K。（2）输入信号大小为015V。（3）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。二、设计思路和总体结构框图1设计思路： 利用二极管PN结的指数型伏安特性实现对数运算。引入运算放大器，利用运算放大器反向端的虚地特性，把PN结上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系，形成对数放大器。通过将电阻R与晶体管位置互换实现基本的反

3、对数运算电路。加入温度补偿电路以消除温度对运算精度的影响。2.原理框图：原理框图如下图所示： 图1 原理框图 基本数学推导： u01= klnuiu0 = Beu01=Beklnuieklnui=u0/B两边取对数： klnui=ln uo/B uo/B=uik调整相关参数使B=1，即uo=uik（本实验k=3）。三、分块电路和总体电路的设计1.基本对数运算电路 图2对数放大器原理图如图2所示：由运算放大器反向输入端虚地特性，晶体管的基极与集电极短路，接成二极管形式，增加了集电极电流动态运用范围。此时，两管脚电压相等为0，工作在临界放大状态，则： 其中IES为发射结反向饱和电流。输出电压幅度不

4、能超过0.7V，且 ui 0以以保证晶体管处于放大导通状态。式中，UT 、IES都是温度的函数，其运算精度受温度影响较大，故需加温度补偿电路。实际运用中要改善其温度稳定性。一般改善方法是：用对称参数的晶体管消除IES的影响；用热敏电阻补偿温度对UT 的影响。2加温度补偿电路的对数放大器图3 温度补偿电路图3中A1，T1组成基本运算电路，A2，T2组成温度补偿电路。T1，T2两管的集电极电流分别为： T2的基极电位为：忽略T2的基极电流，则选择T1，T2两管参数对称，IES1=IES2，则这样，利用T1，T2两管特性的一致性，可将IES的影响消除，选用具有正的温度系数的热敏电阻R4，可补偿温度对

5、UT的影响。3反对数放大器将电阻R与晶体管的位置互换就构成了基本的反对数运算电路。如下图所示：图4 反对数运算电路 由二极管的特性可知： 同对数运算电路一样，为了消除温度对运算精度的影响，也要进行温度补偿，有关方面的物理解释是相似的，无需重复。 指的指出的是，对数放大器和反对数放大电路的二极管，必需工作在正向偏压下，因此输入信号只能是单极性的。4指数运算电路 如下图所示：图5 指数运算电路A1、A2、T1、T4构成具有温度补偿的对数运算电路，其运算关系前面已详细推导。可知：，A3、A4、T3、T4构成具有温度补偿的反对数运算电路，其运算关系如下： 同样，T3、T4选用特性一致的三极管，则：忽略

6、T3基极电流，则要实现， 取， ，VR=15V，则R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以。其中，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。则k=3.0093，u0=ui3。5完整的指数运算电路图为了滤除高频成分，需加一些电容，最终完整的电路如下图：图6 完整电路图附：集成运算放大器OP07资料OP07的功能介绍：OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07

7、A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。特点：超低偏移： 150V最大 。低输入偏置电流： 1.8nA 。低失调电压漂移： 0.5V/ 。超稳定，时间： 2V/month最大高电源电压范围： 3V至22V图7 OP07外型图片OP07芯片HYPERLINK 引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+五所实现的功能说明电路实现功能：1、电路的输入输出满足指数运算关系uo=ui3 。2、电路的输入阻抗Ri 100K。主要测试数据：1、输入信号大小为

8、02V的三角波及正弦波，观察到输入输出的李萨如图为标准的指数上升曲线，且指数K=3，实现了指数运算功能，满足了实验基本要求。同时记录实验数据如下：ui0V1V1.5V2Vuo（正弦波）0V1V3.4V7.8Vuo（三角波）0V1V3.3V7.8V1.建设项目环境影响评价分类管理的原则规定2、用如下图所示方法测量电路输入阻抗：例题-2006年真题下列关于建设项目环境影响评价实行分类管理的表述，正确的是（）则Ri=VI/Ii=Vi/(Vs-Vi)/R=ViR/Vs-Vi测试数据为：R=110 KVs=826mVVi=489mV计算得Ri=159.6 K必要的测试方法（3）机会成本法1、将输入端接入

9、函数信号发生器，输入三角波，加入适当大小的直流分量使得Ui=0；用示波器观察输入和输出波形：分别观察并分析输入（CH1）、输出(CH2)波形和李萨如图，记录测量结果，计算k值。对对数运算电路和反对数运算电路要分别实行分级测试，然后再进行整体调试。2、输入阻抗测试方法：用如下图所示方法测量电路输入阻抗：则Ri=VI/Ii=Vi/(Vs-Vi)/R=ViR/Vs-Vi六故障及问题分析在实验过程中出现的故障有：1、检查电路连接错误，如三极管T1、T2集电极未和相应运算放大器2管脚连接；电路多次重新布线导致多线；对面包板结构不熟悉导致接地、加正负电源时出现错误，导致运算放大器被烧毁。安全评价的原理可归

10、纳为四个基本原理，即相关性原理、类推原理、惯性原理和量变到质变原理。2、电路布局不合理，部分电路元器件过密集，导致器件管脚相接处，未能得到正确波形。直流稳压电源接线口错误未能及时发现，导致电路元件被烧毁。3、经多次检查确认后，电路连接正确，输出却没有得到正确的波形，仅有直流成分。因而从第一级运放的输入、输出端口开始检查，将示波器接入第一级运放6管脚处时发现第一级运放没有输出，在老师的指导下发现该运算放大器被烧毁，更换运算放大器后出现输出波形。B.环境影响登记表4、输出波形干扰过大：从第一级输出波形开始，出现毛刺，最终输出干扰很大。改良方法：在各运算放大器1、2引脚间引入150pf电容，同时第四

11、个运放的2、6管脚间加上150pf的电容后，出现清晰波形。5、改变李萨如图的大小时，波形出现分叉，通过查询有关资料得知是由于高频成分引起的。由于电容不能把高频成分完全滤除，波形受到影响，电容本身也对电路有些许影响，通过降低输入信号的频率，分叉被消除。七实验总结和结论通过6次实验，终于完成了本次实验的基本要求。在这个实验中，我投入了很多时间和经历，也有了很多收获：1、在连接电路前，要对面包板的实用和元器件的分布有初步的规划，尽量减少导线的使用同时要保证器件不要过于密集防止管脚相碰出现短路。2、当未得到正确的输出结果时，不要急于重新布线，连接电路，应学会分块调试：从第一级的输入、输出开始，用示波器

12、观察相应的波形，找到出问题的部分，再调整电路及元件。3、使用运算放大器时要格外注意正负电压正确接入相应的管脚，接地处要接实，否则容易烧坏元件。4、适当引入电容，可以毛刺，使输出波形更加完美。1.建设项目环境影响评价机构的资质管理5、通过实验对对数放大电路、反对数放大电路及温度补偿电路加深了理解。例题-2005年真题中华人民共和国环境影响评价法规定，建设项目可能造成轻度环境影响的，应当编制（）。6、通过本次试验，将理论与实际相结合，提高了独立设计、调试电路的能力，对运算放大器、晶体管的特性加深了理解。提高了独立学习、思考的能力。同时锻炼了细心和耐心。7、通过老师的讲解和课下的学习，对PROTEL DXP软件的基本操作有了一定的了解和掌握。 八PROTEL绘制的原理图及PCB图电路原理图：1.准备阶段 PCB图：九所用元器件及测试仪表清单 1所用元器件：集成运算