1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目除法運(yùn)算電路院系電氣信息工程學(xué)院自動化系專業(yè)班級自動化09-7班學(xué)生姓名楊成龍學(xué)生學(xué)號090601140725指導(dǎo)教師陶國彬、劉超2011年7 月10日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目除法運(yùn)算電路專業(yè)自動化姓名楊成龍學(xué)號090601140725主要內(nèi)容:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)及電路基礎(chǔ)等知識,自行設(shè)計(jì)一個二輸入的除法運(yùn)算電路。基本要求:1.工作溫度范圍:-40+50。2.用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源(12V。主要參考資料:1 陳有卿.實(shí)用電子制作精選M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.2

2、童詩白,徐振英.現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,1994.3 張鳳言.電子電路基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,1995.4 電子電路百科全書編輯組. 電子電路百科全書M.北京:科學(xué)出版社,1988.5 鄭家龍,王小海.集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M.北京:高等教育出版社,2002.6彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.高等教育出版社,1997.7 李哲英.實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社,1997.8 稻葉保.振蕩電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社,2004.指導(dǎo)教師陶國彬、劉超專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年7 月1 日目錄1 任務(wù)和要求 (12 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 (12.1 對數(shù)電路、差分比例

3、運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合 (12.2 模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中的應(yīng)用 (13 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 (23.1對數(shù)運(yùn)輸電路設(shè)計(jì)方案 (23.2差分比例運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案 (23.3指數(shù)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案 (33.4橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)方案 (34 總原理圖及元器件清單 (65 性能測試與分析 (75.1除法運(yùn)算電路的安裝 (75.2除法運(yùn)算電路的調(diào)試 (75.3直流的安裝 (75.4直流電源的調(diào)試 (76 性能測試與分析 (76.1測試 (76.2分析與誤差計(jì)算 (87 設(shè)計(jì)總結(jié) (9參考文獻(xiàn) (101 任務(wù)和要求(1任務(wù):設(shè)計(jì)一個二輸入的除法運(yùn)算電路。(2探測器性能要求

4、。工作溫度范圍:-40+50。用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源(12V 。 2 總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 對數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合除法電路的輸出電壓正比于其兩個輸入電壓相除所得的商,所以利用對數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路,可得除法運(yùn)算電路的方框圖:u I1 u I1ln u u -I1I2ln lnu I2 u I2ln 2.2 模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中的應(yīng)用利用反函數(shù)型運(yùn)算電路的基本原理,將模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中,便可構(gòu)成除法運(yùn)算電路。該課程設(shè)計(jì)是做一個二輸入的除法電路,而因此需要利用對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)或者用模擬乘法

5、器在集成運(yùn)放反饋通路中的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。在產(chǎn)生正、負(fù)電源的實(shí)用電路中,多采用全波整流電路,最常用的是單向橋式整流電路,即將四個二極管首尾相連,引出兩根線接變壓器,另外兩個接后面電路,并將橋式整流電路變壓器副邊中點(diǎn)接地,并將二個負(fù)載電阻相連接,且連接點(diǎn)接地。電容濾波電路利用電容的充放電作用,使輸出電壓趨于平滑。方案一是利用對數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合來設(shè)計(jì)的,運(yùn)算放大器uA741要四個,電阻也很多,對焊接有很大的要求,要焊的器件比較多,相對來說比較復(fù)雜。方案二是利用模擬乘法器放在集成運(yùn)放的反饋通路中的應(yīng)用,uA741只要一個,電阻也很少,焊接起來比較方便。因此選用方案一作為本課題的原理

6、方案。圖1 對數(shù)電路、差分比例運(yùn)算電路和指數(shù)電路的組合原理圖對數(shù)電路 對數(shù)電路 差分比例運(yùn)算電路 指數(shù)電路 I2I1O u u u =3 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1對數(shù)運(yùn)輸電路設(shè)計(jì)方案 圖2 對數(shù)運(yùn)輸電路原理圖由二極管方程知(1T U D S i I e =-當(dāng)D T u U 時:D U D S i I e 或: 利用“虛地”原理,可得:D I O D S S S ln ln ln R T T T i i u u u U U U I I I R=-=-=- 用三極管代替二極管可獲得較大的工作范圍。3.2差分比例運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案 圖3差分比例運(yùn)算電路原理圖電路只有二個輸入,且參數(shù)對稱,則: 。

7、ln D D T S i u U I F O I2I1(R u uu R =-3.3指數(shù)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方案 圖4指數(shù)運(yùn)算電路原理圖當(dāng) u I 0 時,根據(jù)集成運(yùn)放反相輸入端 “虛地”及“虛斷”的特點(diǎn),可得:所以: 可見,輸出電壓正比于輸入電壓的指數(shù)。3.4橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)方案圖5橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路原理圖該直流源采用單相橋式整流法進(jìn)行整流,用電容濾波電路進(jìn)行濾波,采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。原理分析:直流電源的輸入電壓為220v 的電網(wǎng)電壓,一般情況下,所需直流電壓的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較大,因而需要通過電源變壓器降壓后,在對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效

8、值決定后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓,即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓。穩(wěn)壓電路濾波電路單相橋式整流電路C2440nFC3 440nF U1 LM7812CTLINE VREGCOMMONVOLTAGEU2 LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC4 1uFC5 1uFD1 1N4007D2 1N4007D3 1N4007 D41N40078 R1 1k? R2 1k?C1 3.3mF C6 3.3mF LED1LED2 1 8 D5 1N4007 D61N40075 10 T1TS_AUDIO_10_TO_1V1 220 Vrms

9、50 Hz 079 3264BE I I I S S 0e eTTu u U U u i I I =BE I I S S eeTTu u U U i I I =(a (b 為了減小電壓的脈動,需通過低通濾波電路的濾波,使輸出電壓平滑。理想情況下,應(yīng)將交流分量全部濾掉,使濾波電路的輸出機(jī)僅為直流電壓。單相橋式整流電路:圖6單相橋式整流電路原理圖O AV 2O AV L LU 0.9U I R R (=2O1m O(AV242322U U S U U =O(AV22201222sin td(0.9U U t U U =O 22442(cos 2cos 4315u U t t =- (1 u2 0時

10、,電流由+流出,經(jīng) D1、RL 、D2流入-。 (2 u2 0時,電流由-流出,經(jīng) D3、RL 、D4流入+。 電容濾波電路:圖7電容濾波電路輸出電壓波形圖4VD1VD 3VD2VD LR1T1A3A4A2A3T2T當(dāng)負(fù)載開路時: O(AV22U U = 當(dāng)RLC =(35T/2時O AV 2U 1.2U (考慮電網(wǎng)電壓波動,電容的耐壓值應(yīng)大于1.122。 脈動系數(shù) S :約為10% 20%。 電容濾波電路利用電容的充放電作用,使輸出電壓趨于平滑。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路: 內(nèi)阻Ro :I Oo OU U R I =常數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) Sr :L L O O O Ir I II O/R R U U U U S

11、 U U U U =常數(shù)常數(shù)方案一的總原理圖 :圖8總原理圖其中:4321,A A A A 均為uA741,321,T T T 均為2N2219。Omax Omin O AV 2U U U 2(124L TU R C=-(+=O1m O(AV141L U S R C U T=-4 總原理圖及元器件清單 圖9實(shí)際總原理圖O1I2O u Ku u =因?yàn)?12II = ,所以 則: 參數(shù)計(jì)算: 選=K R R 121,則102I I u u ku =- 元件清單如表1:表1元件清單表元件序號 型號主要參數(shù) 數(shù)量 備注(單價(jià) R1、R2、R 各1個 A1C1 3300uF 2 5角(舊 C2 0.1

12、uF 2 C3 220uF 2 5角 C40.22uF 2 二極管 1N40076 1角 發(fā)光二極管2 三端穩(wěn)壓管 W7812 W7912 各1個 1塊 放大集成塊 uA741 4 1塊變壓器副邊電壓為30V1O1I1I2O122u u Ku u R R R =-=-2I1O 1I2R u u R K u =-5 性能測試與分析5.1除法運(yùn)算電路的安裝按照原理圖正確焊接電路,焊接時各器件布局合理,導(dǎo)線之間無交叉現(xiàn)象,焊點(diǎn)要實(shí),不能虛焊,否則電路處于開路狀態(tài),將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。晶體管安裝時各管腳不要接錯。注意集成塊的7號和4號腳要接直流電源,其中7號腳接+12v ,4號腳接-12v ,其他不要接

13、的腳均要焊上而不能懸空。5.2除法運(yùn)算電路的調(diào)試由于該實(shí)驗(yàn)使用的是小信號直流電源,故在接線時將兩輸入端接在直流小信號區(qū)域,注意三個地要接上。線路接好后,慢慢調(diào)節(jié)輸入信號,用萬用表的直流檔測試輸出電壓0U 。 若開始不成功,再試幾次,不行的話就要檢查電路是否有問題。可以按照以下步驟測試:(1用萬用表檢測輸入電壓1I u 和2I u 兩處電壓是否在理論范圍內(nèi)。 (2用萬用表測量直流電源是否有-12v 、+12v 。(3若上述兩者均正常再測試1o u 、2o u ,看兩處是否有電壓,若有再進(jìn)行下步。 (4測3o u 處的輸出電壓,為零,說明正常。最后歸結(jié)原因是輸入電壓沒調(diào)好的問題。 在正確的電路條件

14、下至少測量5次輸入和與之對應(yīng)的輸出。5.3直流的安裝各元器件按理論電路圖正確焊接,注意布局緊密,不出現(xiàn)虛焊或漏焊。 注意7812和7912管腳的接法。5.4直流電源的調(diào)試接通電源后,靜置一會待電路穩(wěn)定后沒出現(xiàn)任何故障(如芯片被燒等再進(jìn)行測量,若出現(xiàn)類似狀況應(yīng)立即斷開直流電源,檢查問題所在再進(jìn)行測量。用示波器觀察輸出波形。用萬用表分別測量變壓器原、副邊線圈的輸出電壓,濾波后的輸出電壓,7812,7912的輸入和輸出電壓。6 性能測試與分析6.1測試(1除法電路部分測試:接通電源后,將電路板的各管腳接好,1I u 、2I u 分別接兩個輸入端。由于有兩個變電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 量對觀察 uo

15、帶來不變，在研究 uo 的變化趨勢是常常用控制變量法，即 u I 1 、u I 2 中的一個 不變，一個變化引起 uo 變化并觀察它的變化趨勢。 在該實(shí)驗(yàn)中讓 u I 2 不變，橫為 5V， u I 1 逐級改變 的值分別測出 uo 并記錄到表 2： 表 2 數(shù)值記錄表 U I 1 （V） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 (2直流電源部分測試： U I 2 （V） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 U o （V） -1 -1.8 -2.7 -3.7 -4.7 -5.7 -6.7 -7.7 -8.7 -9 -9.2 -9.4 將自己焊好的直流

16、電源電路板插上 220V 交流電源，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況判 斷直流電源的好壞。接著進(jìn)行一系列測量。 三端穩(wěn)壓管 7812、7912 的輸出電壓分別為: u7812 = +3.5V , u7912 = 3.5V 副邊電壓 u副 = 26V 變壓器輸出電壓 uo1 = +12V , uo 2 = 12V 6.2 分析與誤差計(jì)算 根據(jù)除法電路輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系有: uo = K= R2 uI 1 . R1 u I 2 K1 + K 2 + K 3 + K 4 + K 5 + K 6 + K 7 + K8 + K 9 + K10 10 理論值 K=0.1。 絕對誤差=測量值-理論值=K-0.

17、1。 8 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 7 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過為期一周的課程設(shè)計(jì)，我深刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己 知識的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根 本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問題。 真正的能將自己的所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是 最大的收獲， 也就是說真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。 設(shè)計(jì)一個很簡單的電路， 所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。 通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與操作，學(xué)到了很多實(shí)驗(yàn)操作的方法與技巧，如檢查錯誤 的方法、一些變量的測量方法。也鞏固了所學(xué)的理論知識，當(dāng)然也得出了一些總結(jié)與心 得。整體來說整個實(shí)驗(yàn)是個考驗(yàn)過程，檢

18、驗(yàn)?zāi)愕哪托摹⑻幚砟芰σ约靶判模鍪滤枰?的素質(zhì)。 本次課程設(shè)計(jì)要求多學(xué)科知識綜合應(yīng)用，鍛煉了設(shè)計(jì)者的動手能力，加深了對各個 學(xué)科的理解和掌握。 總之，通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅使我對所學(xué)過的知識有了一個新的認(rèn)識。而且提高 了我考慮問題，分析問題的全面性以及動手操作能力。使我的綜合能力有了一個很大的 提高。 9 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 參考文獻(xiàn) 1 陳有卿.實(shí)用電子制作精選M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994. 2 童詩白，徐振英.現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，1994. 3 張鳳言.電子電路基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，1995. 4 電子電路百科全書編輯組. 電子電路百科全書M.北京：科學(xué)出版社，1988. 5 鄭家龍，王小海. 集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M. 北京：高等教育出版社，2002. 6 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.高等教育出版社，1997. 7 李哲英實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)M北京：電子工業(yè)出版社，1997. 8 稻葉保. 振蕩電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：科學(xué)出版社，2004. 9 楊春玲. 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003. . 10 東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績評價(jià)表 課程名稱 題目名稱 學(xué)生姓名 序號 楊成龍 評價(jià)項(xiàng)目 工作量、