电子技术综合设计.docx

1、电子技术综合设计 姓名: 学号: 日期：2013 年 7 月 11目录摘 要31可调直流稳压电源设计41.1设计任务41.2方案选择41.3电路参数设计61.4 电路仿真111.5 电路指标测试112 低频信号发生器设计132.1 设计任务132.2 方案选择142.3 电路参数设计142.4 电路仿真162.5 电路指标测试163 低频带通滤波器设计213.1 设计任务213.2 方案选择223.3 电路参数设计223.4 电路仿真243.5 电路指标测试244 低频选频放大器及其测试电路设计284.1 设计任务284.2 方案选择294.3 电路参数设计294.4 电路仿真304.5 电路

2、指标测试305 结语34摘 要设计并制作一个选频放大及其测试电路，该电路包括四部分，分别为电源部分、信号发生器部分、滤波器部分、放大电路部分。该电源利用三端稳压器件LM317、LM337实现310V输出可调的正负直流电压，输出电流可达0.5A。整个电源主要由变压器、整流电路、滤波电路，以及稳压电路几部分组成；信号发生器以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可

3、以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。有选择性传输特定频率范围内信号的电路称为滤波电路（或滤波器），其功能是：允许规定频率范围内的有用信号通过，不允许规定频率范围之外的的无用信号（干扰信号）通过。本系统放大器以反相放大电路为基础进行多级级联，实现高倍数的放大。为了测试方便再放大电路之前先设计一个衰减电路，也采取同样的方法。关键字：电源 信号发生器 滤波器 放大器 1可调直流稳压电源设计 1.1设计任务设计一个正负可调直流稳压电源，要求：1、 输出电压：5v12 v2、 最大输出电流0.5A 3、 当交流电网电压在220v上下波动10%，环境温

4、度在10oC40 oC范围内时，均能正常工作1.2方案选择直流稳压电源有以下几种方案1、由晶体管、变压器等组成的可调直流电源，如图1.2.1 图 1.2.1特点：设计调整灵活，元器件多，故障率高。2、由三端稳压器、变压器等组成，如图1.2.2图1.2.2特点：设计调整容易，故障率低，有内部保护，效率低。3、开关式稳压电源：220v/50Hz 整流滤波 开关稳压 用改变脉冲宽度的方法调整输出电压，如图1.2.3图 1.2.3特点：体积小，重量轻，效率高，但开关信号易造成电磁干扰，电源噪声大。比较上述三种方案，考虑到主要用于模拟放大器、信号发生器、滤波器等模拟信号处理电路，要求电源纹波小，噪声小。

5、室内使用，对效率、体积、重量没有严格要求，故选择方案2。1.3电路参数设计1、首先选择关键元器件三端稳压器根据负载电压（3v10 v）与负载电流（0.5A）的要求，选择LM337和LM317（1.2v37 v，1.5A）以下设计按照输出最大电压10v进行设计2、计算V2和C1：（V2和C1与V2和C1对称，取相同值）依稳压电源的工作原理可知，如果V2太大，则VI太大，317两端电压大，317功耗大，芯片温升高，容易损坏芯片且浪费电能。反之，如果V2太小，则317内部调整管管压降太小，不在放大区，失去调整作用。这个值应使317在最不利的条件下能正常工作。而且在能正常稳压的前提下，压降尽可能小，以

6、减小功耗。这里说的最不利条件是指交流电网电压V1最低和输出电流Io最大。 由317资料可知，它的正常工作条件是VIVo3v (见P.2)，所以VI 15v 由于C1的充放电作用，波形如图所示。T1是充电时间，T2是放电时间，通常T2T1， T2T1 +T2=10ms为了设计C1，应计算VI其中 1v是桥式整流电路中1个二极管的压降（粗略计算）由上述，考虑最不利条件：V2取V2min=0.9V2(电网向下波动10%)， Io取Iomax=0.6A（按设计要求0.5A留10%裕量）则 C1=C1max由可知，C1越大，VI越小，V2也越小，纹波小，变压器匝数少，这是我们所希望的。但是，C1太大，整

7、流元件瞬时电流太大，对整流桥与变压器的电流提出了高要求。而且电容容量大体积大，价格贵。所以，C1 不能太大，也不能太小。 我们设计 ，我们选用C1=2200/25V 得，V2=14.7v 留有裕量，设计V2=18v3、设计整流元件（1）、整流二极管反向耐压 由整流桥工作原理知，每个整流二极管承受的最大反向峰值电压 为了安全，选整流二极管时反向耐压比上述值至少高50% 选90v, 击穿电压180v以上（2）二极管最大整流电流IF 桥式整流电路中，四个二极管两两轮流导通。所以每个整流二极管的最大整流电流平均值是输出电流的一半。 由于整流管的电流不是正弦波，它的正向电流比平均值 大很多。 而且在接通

8、瞬间有相当大的冲击电流通过整流二极管，电容越大这个电流越大。因此，二极管最大整流电流IF应比上述值大0.52倍。按0.8倍计算，IF=1.8（iDAV）max=1.8 0.25=0.45A 据此，可选用1A/200v的桥堆4、变压器副边绕组电流同样由于流过变压器副边的电流不是正弦波，故选变压器副边绕组电流有效值Iac比输出电流Io大。一般取1.13倍这里取 Iac=1.8Iomax=1.80.6=1.08A， 取2A5、估算三端稳压器的功耗和散热器参数 三端稳压器的功耗 三端稳压器正常工作温度是0oC70oC。留有裕量,按三端稳压器温度不超过60oC计算,并考虑最不利的条件(环境温度40oC)

9、,则散热器热阻 由此选择散热片。SRZ203叉指型散热片热阻为2.5oC/w(6410035mm)6、其它（1）、根据317芯片使用建议，Cadj用10F/25v。C2为C1的高频补偿电容，用以补偿铝电解电容C1在高频时电容性能的下降。一般C2选0.1F的瓷片电容。为了在输出端进一步滤波，C3，C4选取与C1，C2相同。（2）、根据317芯片使用建议，R1取240/0.125w 1.4 电路仿真图 1.4.1 三端稳压电源电路图1.5 电路指标测试1.5.1 测试方案1、用直流电压表接到电压输出端。2、将电位器调到最小值，记下电压表示数，该示数为输出电压最小值。3、再将电位器调到最大值，记下电

10、压表示数，该示数为输出电压最大值。4、所设计电源的正极与地之间接上大功率电阻，调节电压输出是通过其的电流达到500mA。5、将示波器接在大电阻两端测其纹波。6、重复4、5步骤测出负极的纹波。1.5.2 测试结果 1、电源幅值范围 正极： 输出电压最小值为2.94， 输出电压最大值为13.15. 负极： 输出电压最小值为-3.06， 输出电压最大值为-13.16.2、纹波大小正极 图 1.5.1正极纹波测量图所以正极的纹波幅值：24mV负极所以负极最大纹波幅值：10.4mV图 1.5.2 负极纹波测量图1.5.3 结果分析最小值没有严格的是3伏，可能由于实际电阻值有误差，所以电阻值的比值发生变化

11、。最大值超过10伏，由于没有选用计算的阻值，而是选择较大的阻值。因此最大值超过10伏。由于电路中元器件的干扰所以输出电压会出现纹波。2 低频信号发生器设计2.1 设计任务设计一个低频信号发生器 要求： 1、 正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波可选，占空比可调 2、 幅度10mv1v可调3、 频率1kHz3kHz可调2.2 方案选择1、RC文氏电桥振荡器产生正弦波、经比较器产生方波和锯齿波、经积分器产生三角波和锯齿波。优点：廉价，缺点：元器件多，振荡频率不易调整，故障率高 2、用比较器和积分器形成矩形波、三角波，用三角波正弦波转换器形成正弦波。优点：廉价，缺点：元器件多，故障率高3、用石英晶体

12、构成正弦波发生器，用比较器、积分器等产生其它波形。优点：频率稳定度高。 缺点：频率不易调整4、用集成函数发生器专用芯片8038构成上述各种信号发生器优点：故障率低，易调整。缺点：成本高方案确定：虽然用8038成本高，但考虑集成电路是发展方向，故选用方案4。2.3 电路参数设计1、V+、V设计： 由8038说明书，双电源时，V+、V=5v15v。由我们已经设计的电源，当V+、V=10v时电源效率较高，纹波小，8038输出信号幅度较大。所以设计V+、V=10v2、RA、RB选取： 由8038说明书，1AIA(IB) 1mA（P.10） 3、C选取 4、VR电位器设计按照要求，5vVR10v,如右图

13、 2.3.1，消耗电流不大。5、RL设计 图 2.3.1 方波输出端是（OC）集电极开路输出，有利和下一级电平匹配。太大，上升沿和下降沿变缓，太小，正弦波失真变大。由说明书P.5，Note5,RLmin=50k故选100k。7、占空比调节电位器：选用5.1K，接于4、5脚之间，中间接6脚。2.4 电路仿真 图 2.4.1 信号发生器仿真电路图2.5 电路指标测试2.5.1 测试方案1、将8031的2脚接到幅值滑动变阻器上。2、将741的输出引脚接入示波器。3、若有失真，调节1脚和12脚的电位器，是正弦波形不失真。4、调节8脚的电位器和幅值调节电位器，并观察输出波形的变化。5、重复上述步骤，分别

14、观察三角波和矩形波的变化。2.5.2 测试结果 1、方波1、图 2.5.1 方波测试图方波的各项指标：最大值：9.60V 最小值：-10.2V 周期：470.7us 占空比：50.03%频率：2.124kHz 上升时间：20.48us 下降时间：153.4ns2、矩形波图 2.5.2 矩形波测试图所以矩形波占空比调节范围：3、三角波 图 2.5.3 三角波测试图所以三角波 ：最大值：3.52V 最小值：-3.20 峰峰值：6.48V频率调节范围：6.190Hz3.169kHz4、锯齿波 图 2.5.4 矩形波测试图所以锯齿波：最大值：3.32V 最小值：-3.08V 峰峰值:6.40V5、正弦

15、波 图 2.5.5 正弦波测试图所以正弦波的幅值调节范围：27.2，mV2.20V2.5.3 结果分析就上述测得的数据充分满足了我们所设计的要求，但由于各个器件的噪音和电阻值不精确，有一些微小的信号的发生无法实现。3 低频带通滤波器设计3.1 设计任务设计一个低频带通滤波器，要求： 1、 中心频率2KHz 2、 带宽100Hz 3、 通带增益10测试记录频率特性曲线 4、 观察Vo与Vi 相位差随频率的变化3.2 方案选择第一种是压控电压源型，其特点是元器件较少，电路简单，不易调整 ；第二种是无限增益多路反馈型，其特点是元器件较少，电路简单，不易调整；第三种是双二次型，其元器件较多，易调整；根

16、据本次的实习要求，我们选择方案三3.3 电路参数设计经计算可得：由通式整理得： C的选择依经验可得出电容应用表：故应选用C=0.01uF，则选取0.01uF的瓷片电容。（2） 现取，代入方程组得： 、其中由此可得： 通过以上式子，我们可以知道该滤波器具有易于调整的特点： 决定滤波器的中心频率，决定其通带宽。按要求，令3.4 电路仿真图23.5 电路指标测试幅频和相频特性曲线截图，中心频率，通频带宽度，中心频率处电压放大倍数，在fL和fH点输入与输出信号的相移（波形截图）3.5.1 测试方案1、将滤波器输出端接入示波器。2、调节信号发生器的频率调节电位器，观察输出波形，记录所需测量的各项指标 。

17、3.5.2 测试结果 1、中心频率所以该滤波器的中心频率：1.836kHz2、通频带宽度所以通频范围：1.781kHz1.972kHz3、通带增益所以通带增益为5.24、相移fL的输入输出相移fH输入输出相移3.5.3 结果分析结果与实际想要设计的有一些误差，中心频率1.836kHz，与设计的相差0.164kHz，带宽为191Hz。我想这个误差可能是由于没有采用之前计算的阻值，和电阻本身的误差所导致。4 低频选频放大器及其测试电路设计4.1 设计任务设计一个低频选频放大器，要求：1、运用反向比例放大器2、放大倍数不小于10004.2 方案选择第一种是有运算放大器构成的多级放大器；第二种是由BJ

18、T、FET管构成的放大器；第一种方案具有可调性，第二种可调性不强，因此我们选择方案一。4.3 电路参数设计该放大电路采取反相放大电路逐级放大的原则，并且逐级放大倍数逐渐降低，所以我设置的放大倍数主机分别为200倍、10倍、5倍。放大的总倍数位10000倍。电阻的选择所以取，所以取，所以取。4.4 电路仿真4.5 电路指标测试选频放大器及其测试电路方框图（需标明各输出信号符号），各级放大倍数，各级波形截图，总放大倍数，输出波形截图。当输入信号改为方波时输出波形截图。4.5.1 测试方案1、为了是放大后的信号便于测量且不失真，先设计一个衰减电路。2、先将衰减电路的输出端接入示波器，观察输出幅值变化

19、，算出增益。3、再讲放大器的输出端接入示波器，观察输出幅值，与衰减后的波形进行比较。计算出放大倍数。4.5.2 测试结果 1、一级衰减（1）衰减前（2）衰减后所以一级衰减10倍2、二级衰减（1）衰减前（2）衰减后所以二级衰减100倍3、一级放大（1）放大前（2）经过衰减和一级放大后所以一级放大倍数为712倍4、二级放大所以二级放大倍数为18.44.5.3 结果分析 总放大倍数为13100倍，该结果完全符合设计要求，特别是衰减部分做的非常精确，完全符合设计标准。5 结语这次实习，我觉得我收获很多。在焊接、调试和测试电路的过程中，遇到了很多困难，自己在同学和老师的帮助下解决这些困难，弄懂一些问题，

20、感觉很好。首先是通过老师的讲解，了解了这些课题的设计原理与注意事项，更重要的是学会了设计的思路，比如，如何进行方案的选择，不仅要考虑方案的要求，参数还要考虑试验的环境，器件的价格，后序试验的影响等综合考虑再得出结论。还有就是在计算元器件参数时要留有裕量，并且要按照极限情况考虑。同时也纠正了以前的一些疏忽的细节，比如在连线时，和正电源想接的用红线，伏电源用绿线，接地用黑线，这样便于调试时检查电路。还有就是说明书很重要，在设计前一定要仔细阅读器件的说明书，这样可以避免愈多的麻烦。还有就是在焊接前不要盲目下手，一定要先将器件准备好，看看有没有坏的、电阻是不是要求那么大、电位器好用不等等，然后再合理布

21、局仔细焊接，这样调时的时候可以避免愈多反反复复的麻烦。还有就是调时的时候不能没有目的的找，要大胆的假设，列举出几项感觉可能出错的地方，然后从可能行大的开始一项一项的查找，总会找到问题的。比如在调试信号发生器的时候，调节频率按钮，波很容易消失，开始以为是电路连接出现问题，但是检查后没有问题，问同学后知道有一个极限频率，但是我的范围太小，不正常，于是我就想是不是控制的电位器坏了，最后按照这个想法检查电位器，确实如此，换了电位器之后，就很好使了。 在这次实习中我影响最深刻的就是放大器的设计与实现了。放大器开始是有两套方案的，不知道用那一个，后来经过查资料和向老师询问知道了应该用多级反相放大的方案，后来衰减器也出现了疑问，又通过问老师查资料解决了，所以我感觉出现问题并不要紧，要学会通过多种渠道解决问题。建议以后这样的实习可不可以再多一点，只有真正动手做了只是才真的掌握了。