23/23北京郵電大學電子電路綜合實驗報告課題名稱：指數運算電路的設計摘要：利用二極管的伏安特性實現對數運算及指數運算電路，通過電阻與晶體管位置互換實現反對數運算。加入溫度補償電路，消除溫度對三極管參數的影響。該模擬集成電路可應用于成法，除法,開方，調制，解調，放大等功能的電路，廣泛應用于模擬運算，通信，測控系統，電氣測量等電子技術的許多領域，是有較高的研究價值的。關鍵詞：指數運算對數運算溫度補償二極管指數型伏安特性設計任務要求：設計實現一個指數運算電路，要求電路的輸入輸出滿足指數運算關系,，本實驗中K=3.設計指標以及給定條件為：電路的輸入阻抗≥100KΩ。輸入信號大小為0～15V3）設計該電路的電源電路（不要求實際搭建），用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）及印制電路板圖（PCB）。設計思路、總體結構框圖設計思路：利用二極管或三極管的PN結指數伏安特性，將二極管（本實驗中使用三極管）接入到集成運放的反饋電路和輸入電路，可構成對數和反對數運算電路。同時構造溫度補償電路，以消除溫度對結果的影響。總體結構框圖：溫度補償電路溫度補償電路溫度補償電路對數放大電路反對數放大電路分塊電路和總體電路的設計過程基本對數運算電路將晶體管T的基極和集電極短路，接成二極管的形式，增加集電極電流動態運用范圍。引入運算放大器A，利用其反向端的虛接地特性，把PN結上的電壓電流關系轉化為電路的輸入輸出電壓關系，形成運算放大器構成的對數放大器。則：==，但該電路存在兩個問題：①必須為正則為負，以使晶體管處于放大導通狀態；②，都是溫度的函數，其運算結果受溫度影響很大，如何改善對數放大器的溫度穩定性是實際應用中要解決的一個重要問題。一般改善方法是：用對管消除的影響；用熱敏電阻補償的溫度影響2、加溫度補償的對數放大器圖中:A1,TI組成基本運算電路.A2,T2組成溫度補償電路TI,T2兩管的集電極電流分別為:T2的基極電位為:忽略T2的基極電流,則選擇TI,T2兩管參數對稱,,則這樣,利用TI,T2兩管特性的一致性,可將的影響消除R4選用具有正的溫度系數的熱敏電阻,可補償溫度對的影響,即實現了對數運算反對數運算電路溫度補償電路原理相同由二極管的特性以及運算放大器反相端“虛接地”的特性可知：則實現了反對數運算總體電路將對數與反對數運算電路相連接，值得指出的是,對數放大器和反對數放大器的二極管,必須工作在正向偏壓下,因此輸入信號只能是單極性的。為濾除高頻噪音成分，在運放的1-2、2-6、1-6管腳間按實際情況連接了20pF-300pF的濾波電容，得到最終電路圖，如下。圖中：A1，T1，A4，T4組成基本運算電路。A2，T2，A3,T3組成溫度補償電路。同樣，T3、T4選用特性一致的三極管，則：忽略T3基極電流，則：要實現，取，則R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以，。其中，K=，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。則K=3.009，。實現功能說明實現功能：1.對應基本實驗任務要求Ri≥100KΩ.理論值Ri=R5=100K，在運放虛地特性良好的情況下。輸入阻抗的要求肯定滿足的。2.輸入信號大小為0-2V的三角波。輸入信號為1V時，輸出信號為1V.輸入信號為2V時，輸出信號為8V。最后的輸入輸出的李薩如圖為標準的指數上升曲線。達到實驗基本要求。測試方法：1、在輸入端接入的是函數信號發生器，用以輸入正弦波，同時加入一定的直流分量。運算放大器加入的是正負15V的直流電壓。輸入和輸出端用示波器進行檢測。輸出結果的正確與否是通過用示波器對輸入輸出波形的李薩如圖進行觀測和分析來進行測試的。對對數電路和反對數電路要分級測試。2、輸入了Ui=0.6V，直流分量0.3V的正弦波，觀察輸出輸入了Ui=0.8V，直流分量0.4V的正弦波，觀察輸出3、輸出波形以及各點電壓值Ui=0.8V管腳運算放大器A1A2A3A4114.94V14.95V14.95V14.95V2-1.2mV-2.0mV-0.5mV030.6mV-1.5mV0.5mV-0.1mV4-14.98V-14.98V-14.98V-14.98V5-103.4mV-242mV-11.8mV-57.9mV66.785V-402.3mV-0.5V140.6mV715.03V15.03V15.03V15.03V814.94V14.94V14.94V14.94V管腳三極管T1T2T3T4發射極-0.485V-0.486V-2.1mV-0.1mV基極0.7mV39.4mV117.2mV0集電極-1.3mV0.6mV-0.41mV-0.41mVUi=0.6V管腳運算放大器A1A2A3A4114.95V14.95V14.95V14.95V2-1.1mV0.7mV-2.0mV031.1mV0.6mV-2.0mV04-14.98V-14.98V-14.98V-14.98V5-62.9mV-329.8mV-22.0mV-73.0mV60.935V-0.489V-377.6mV48.9mV715.03V15.03V15.03V15.03V814.95V14.95V14.95V14.95V管腳三極管T1T2T3T4發射極-0.476V-0.476V-2.2mV-0.1mV基極0.3mV46.8mV139.2mV0集電極-1.9mV0.3mV-387.4mV-387.4mV故障及問題分析經過搭建面包板發現輸出波形十分奇怪，一般情況下對數放大電路可以有波形輸出，而最終的輸出卻是+15V。因是第一次不夠搭建如此復雜的面包板，于是多次對照電路圖進行改正。然而，仍不能出現波形。后來發現書上的一個電容接到了三極管的e管腳而不是c管腳引起了錯誤。后來改善后，仍然是對數放大電路以及加有溫度補償的對數放大電路有正確的輸出，可以輸出波形，但是整體電路輸出仍為+15V。經逐點檢測，發現T3管基極所出波形為正確，但e、c兩腳輸出均不正確，所以單獨檢查A3放大電路的連接，發現A3的6腳管所接150pF電容并未與A3的2腳管相連，在連接后輸出了正確的波形。雖然輸出了波形，但是與理論值有偏差，更有很嚴重的毛刺。經過老師的提醒，知道應該在輸出的2、6管腳間接入20pF的電容，濾除掉高頻噪聲，果然波形變細很多。然后利用萬用表檢測了所有的電阻，發現有些電阻的阻值不對，并且無法找到15.7K的電阻，只能用相近的16K電阻代替。后經老師提醒才知道，書上電路圖只是給出參考，并不能準確的調出K=3，所以隨后了測試了直流電源的電壓，發現有16V以上，而不是15V，又依次調準。最后，終于在第二周的周末成功做出了波形。電源供電（包括極性）、信號源連線是否正確，檢查直流極性是否正確，儀器是否正確都會影響到實驗，所以每次實驗前都要提前檢測設備，仔細查看電源線等的連接，以防止出現意外。在最初運用PROTELPXD軟件時并不是很清楚它的使用方法，但是在課下根據書本所給步驟一步步進行調試時，發現這個軟件和好用并且簡單易懂，在繪制出PCB圖時感覺很方便。總結和結論實驗共經過2周七次實驗完成，在前四次實驗中嘗試在面包板上搭建電路圖。在逐步改善布線方式和元器件格局的進程中，學會了如何分級安插元器件，如何減少導線長度以減少因導線電阻引起的誤差，如何利用不同顏色的導線提醒自己的思路，我認為這對于以后學習電路知識，提高自身動手能力都有著很大的幫助。對PROTELDXP這個軟件的運用有了通透的認識，從上網找到軟件安裝到運用這個軟件繪制出原理圖、PCB板再到后來幫助他人完成這項任務。我認為對于這個軟件的基本功能與基本流程已經有了認識，并且熟練的掌握。但是，我深知這個軟件是一個功能十分強大的軟件，僅憑兩周的時間是無法真正掌握它的。希望在以后的學習中，還有機會運用到。3、最重要也是本次實驗的目的，即讓我們深刻地了解指數放大電路的原理，我認為我基本做到了理解原理構造，根據原理可以判斷出是電路的何處連接錯誤，而不是盲目的換原件、換導線。PROTEL繪制的整體原理圖所用元器件及測試儀表清單1、所用元器件：集成運算放大器OP07（4個）三極管8050（4個）電阻：1.5 M