东北石油大学课程设计
课程电子技术课程设计
题目除法运算电路
院系电气信息工程学院自动化系专业班级自动化09-7班
学生姓名杨成龙
学生学号090601140725
指导教师陶国彬、刘超
2011年7 月10日
东北石油大学课程设计任务书
课程电子技术课程设计
题目除法运算电路
专业自动化姓名杨成龙学号090601140725
主要内容:
根据设计要求,运用所学的模拟电子技术及电路基础等知识,自行设计一个二输入的除法运算电路。
基本要求:
1.工作温度范围:-40℃~+50℃。
2.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V。主要参考资料:
[1] 陈有卿.实用电子制作精选[M].北京:机械工业出版社,1994.
[2] 童诗白,徐振英.现代电子学及应用[M].北京:高等教育出版社,1994.
[3] 张凤言.电子电路基础[M].北京:高等教育出版社,1995.
[4] 电子电路百科全书编辑组. 电子电路百科全书[M].北京:科学出版社,1988.
[5] 郑家龙,王小海.集成电子技术基础教程[M].北京:高等教育出版社,2002.
[6]彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社,1997.
[7] 李哲英.实用电子电路设计[M].北京:电子工业出版社,1997.
[8] 稻叶保.振荡电路的设计与应用[M].北京:科学出版社,2004.
[9] 杨春玲.电子技术实验与课程设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.完成期限2011.7.4——2011.7.10
指导教师陶国彬、刘超
专业负责人
2011年7 月1 日
目录
1 任务和要求 (1
2 总体方案设计与选择 (1
2.1 对数电路、差分比例运算电路和指数电路的组合 (1
2.2 模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中的应用 (1
3 单元电路设计与参数计算 (2
3.1对数运输电路设计方案 (2
3.2差分比例运算电路设计方案 (2
3.3指数运算电路设计方案 (3
3.4桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计方案 (3
4 总原理图及元器件清单 (6
5 性能测试与分析 (7
5.1除法运算电路的安装 (7
5.2除法运算电路的调试 (7
5.3直流的安装 (7
5.4直流电源的调试 (7
6 性能测试与分析 (7
6.1测试 (7
6.2分析与误差计算 (8
7 设计总结 (9
参考文献 (10
1 任务和要求
(1任务:设计一个二输入的除法运算电路。
(2探测器性能要求。
工作温度范围:-40℃——+50℃。
用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V 。
2 总体方案设计与选择
2.1 对数电路、差分比例运算电路和指数电路的组合
除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商,所以利用对数电路、差分比例运算电路和指数电路,可得除法运算电路的方框图:
u I1 u I1ln u u -I1I2ln ln
u I2 u I2ln 2.2 模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中的应用
利用反函数型运算电路的基本原理,将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中,便可构成除法运算电路。
该课程设计是做一个二输入的除法电路,而因此需要利用对数和指数运算电路实现或者用模拟乘法器在集成运放反馈通路中的应用来实现。
在产生正、负电源的实用电路中,多采用全波整流电路,最常用的是单向桥式整流电路,即将四个二极管首尾相连,引出两根线接变压器,另外两个接后面电路,并将桥式整流电路变压器副边中点接地,并将二个负载电阻相连接,且连接点接地。电容滤波电路利用电容的充放电作用,使输出电压趋于平滑。
方案一是利用对数电路、差分比例运算电路和指数电路的组合来设计的,运算放大器uA741要四个,电阻也很多,对焊接有很大的要求,要焊的器件比较多,相对来说比较复杂。方案二是利用模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中的应用,uA741只要一个,电阻也很少,焊接起来比较方便。因此选用方案一作为本课题的原理方案。
图1 对数电路、差分比例运算电路和指数电路的组合原理图
对数电路 对数电路 差分比例运算电路 指数电路 I2I1O u u u =
3 单元电路设计与参数计算
3.1对数运输电路设计方案
图2 对数运输电路原理图
由二极管方程知(1T U D S i I e =-
当D T u U >>时:D U D S i I e ≈或: 利用“虚地”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
=-≈-=-=- 用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。
3.2差分比例运算电路设计方案
图3差分比例运算电路原理图
电路只有二个输入,且参数对称,则: 。
ln D D T S i u U I ≈F O I2I1(R u u
u R =-
3.3指数运算电路设计方案
图4指数运算电路原理图
当 u I > 0 时,根据集成运放反相输入端 “虚地”及“虚断”的特点,可得:
所以: 可见,输出电压正比于输入电压的指数。
3.4桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计方案
图5桥式整流电容滤波集成稳压块电路原理图
该直流源采用单相桥式整流法进行整流,用电容滤波电路进行滤波,采用稳压管稳压电路进行稳压。
原理分析:直流电源的输入电压为220v 的电网电压,一般情况下,所需直流电压的数值与电网电压的有效值相差较大,因而需要通过电源变压器降压后,在对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压,即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。
稳压电路
滤波电路
单相桥式整流电路
C2
440nF
C3 440nF U1 LM7812CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
U2 LM7912CT
LINE
VREG
COMMON
VOLTAGE
C4 1uF
C5 1uF
D1 1N4007
D2 1N4007
D3 1N4007 D4
1N4007
8 R1 1k? R2 1k?
C1 3.3mF C6 3.3mF LED1
LED2 1 8 D5 1N4007 D6
1N4007
5 10 T1
TS_AUDIO_10_TO_1
V1 220 Vrms
50 Hz 0°
7
9 3
2
6
4
BE I I I S S 0e e
T
T
u u U U u i I I >≈=BE I I S S e
e
T
T
u u U U i I I ≈=
(a
(b
为了减小电压的脉动,需通过低通滤波电路的滤波,使输出电压平滑。理想情况下,应将交流分量全部滤掉,使滤波电路的输出机仅为直流电压。
单相桥式整流电路:
图6单相桥式整流电路原理图
O AV 2
O AV L L
U 0.9U I R R ≈
((=
2O1m O(AV
242
322
U U S U U =
=ππ
O(AV2220122
2sin td(0.9U U t U U ωω=
==?πππ
O 2244
2(cos 2cos 4315u U t t ωω=-- πππ
(1 u2 >0时,电流由+流出,经 D1、RL 、D2流入-。
(2 u2 <0时,电流由-流出,经 D3、RL 、D4流入+。
电容滤波电路:
图7电容滤波电路输出电压波形图
4
VD
1
VD 3
VD
2
VD L
R
1T
1A
3A
4A
2A
3T
2T
当负载开路时: O(AV22U U = 当RLC =(3~5T/2时O AV 2U 1.2U ≈(
考虑电网电压波动,电容的耐压值应大于1.122μ。
脉动系数 S :
约为10% ~ 20%。
电容滤波电路利用电容的充放电作用,使输出电压趋于平滑。
稳压管稳压电路: 内阻Ro :
I O
o O
ΔΔU U R I ==
常数
稳压系数 Sr :
L L O O O I
r I I
I O
Δ/ΔΔ/ΔR R U U U U S U U U U ===
=
?常数
常数
方案一的总原理图 :
图8总原理图
其中:4321,,,A A A A 均为uA741,321,,T T T 均为2N2219。
Omax Omin O AV 2U U U 2(1
24L T
U R C
=-(+=
O1m O(AV1
41
L U S R C U T
=
=
-
4 总原理图及元器件清单
图9实际总原理图
O1I2O u Ku u =
因为 12I
I = ,所以 则: 参数计算: 选Ω==K R R 121,则1
02
I I u u ku =- 元件清单如表1:
表1元件清单表
元件序号 型号
主要参数 数量 备注(单价 R1、R2、R 各1个 A
1
C1 3300uF 2 5角(旧 C2 0.1uF 2 C3 220uF 2 5角 C4
0.22uF 2 二极管 1N4007
6 1角 发光二极管
2 三端稳压管 W7812 W7912 各1个 1块 放大集成块 uA741 4 1块
变压器
副边电压为30V
1
O1I1I2O
1
22u u K
u u R R R =-=-2I1O 1I2
R u u R K u =-
5 性能测试与分析
5.1除法运算电路的安装
按照原理图正确焊接电路,焊接时各器件布局合理,导线之间无交叉现象,焊点要实,不能虚焊,否则电路处于开路状态,将导致实验不成功。
晶体管安装时各管脚不要接错。
注意集成块的7号和4号脚要接直流电源,其中7号脚接+12v ,4号脚接-12v ,其他不要接的脚均要焊上而不能悬空。
5.2除法运算电路的调试
由于该实验使用的是小信号直流电源,故在接线时将两输入端接在直流小信号区域,注意三个地要接上。
线路接好后,慢慢调节输入信号,用万用表的直流档测试输出电压0U 。
若开始不成功,再试几次,不行的话就要检查电路是否有问题。可以按照以下步骤测试:
(1用万用表检测输入电压1I u 和2I u 两处电压是否在理论范围内。
(2用万用表测量直流电源是否有-12v 、+12v 。
(3若上述两者均正常再测试1o u 、2o u ,看两处是否有电压,若有再进行下步。
(4测3o u 处的输出电压,为零,说明正常。最后归结原因是输入电压没调好的问题。
在正确的电路条件下至少测量5次输入和与之对应的输出。
5.3直流的安装
各元器件按理论电路图正确焊接,注意布局紧密,不出现虚焊或漏焊。
注意7812和7912管脚的接法。
5.4直流电源的调试
接通电源后,静置一会待电路稳定后没出现任何故障(如芯片被烧等再进行测量,若出现类似状况应立即断开直流电源,检查问题所在再进行测量。用示波器观察输出波形。用万用表分别测量变压器原、副边线圈的输出电压,滤波后的输出电压,7812,7912的输入和输出电压。
6 性能测试与分析
6.1测试
(1除法电路部分测试:
接通电源后,将电路板的各管脚接好,1I u 、2I u 分别接两个输入端。由于有两个变
电子技术课程设计（报告） 量对观察 uo 带来不变，在研究 uo 的变化趋势是常常用控制变量法，即 u I 1 、u I 2 中的一个 不变，一个变化引起 uo 变化并观察它的变化趋势。
在该实验中让 u I 2 不变，横为 5V， u I 1 逐级改变 的值分别测出 uo 并记录到表 2： 表 2 数值记录表 U I 1 （V） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 (2直流电源部分测试： 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 将自己焊好的直流电源电路板插上 220V 交流电源，观察发光二极管的发光情况判 断直流电源的好坏。接着进行一系列测量。
三端稳压管 7812、7912 的输出电压分别为: ?u7812 = +3.5V , ?u7912 = ?3.5V 副边电压 u副 = 26V 变压器输出电压 uo1 = +12V , uo 2 = ?12V 6.2 分析与误差计算 根据除法电路输入电压与输出电压的关系有: 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 理论值 K=0.1。
绝对误差=测量值-理论值=K-0.1。
8
电子技术课程设计（报告） 7 设计总结 通过为期一周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏。我深深的感觉到自己 知识的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。根 本不知道在现实中还存在有很多问题。
真正的能将自己的所学知识转化为实际所用才是 最大的收获， 也就是说真正的能够做到学为所用才是更主要的。
设计一个很简单的电路， 所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。
通过本次课程设计的学习与操作，学到了很多实验操作的方法与技巧，如检查错误 的方法、一些变量的测量方法。也巩固了所学的理论知识，当然也得出了一些总结与心 得。整体来说整个实验是个考验过程，检验你的耐心、处理能力以及信心，做事所需要 的素质。
本次课程设计要求多学科知识综合应用，锻炼了设计者的动手能力，加深了对各个 学科的理解和掌握。
总之，通过这次课程设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高 了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。使我的综合能力有了一个很大的 提高。
9
电子技术课程设计（报告） 参考文献 [1] 陈有卿.实用电子制作精选[M].北京：机械工业出版社，1994. [2] 童诗白，徐振英.现代电子学及应用[M].北京：高等教育出版社，1994. [3] 张凤言.电子电路基础[M].北京：高等教育出版社，1995. [4] 电子电路百科全书编辑组. 电子电路百科全书[M].北京：科学出版社，1988. [5] 郑家龙，王小海. 集成电子技术基础教程[M]. 北京：高等教育出版社，2002. [6] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社，1997. [7] 李哲英．实用电子电路设计[M]．北京：电子工业出版社，1997. [8] 稻叶保. 振荡电路的设计与应用[M].北京：科学出版社，2004. [9] 杨春玲. 电子技术实验与课程设计[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003. . 10
东北石油大学课程设计成绩评价表 课程名称 题目名称 学生姓名 序号 杨成龙 评价项目 工作量、 工作态 1 度和出勤率 学号 电 子 技 术 课 程 设 计 除法运算电路 指导教 090601140725 指 师姓名 标 陶国彬、 刘超 职称 满分 副教授 助 教 评分 按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工 作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出 勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析 问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规 范，图表完备正确。
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或 有一定应用价值。
能正确回答指导教师所提出的问题。
5 30 20 2 课程设计质量 45 3 4 总分 评语： 创新 答辩 指导教师： 年 月 日