模拟电子技术课程设计

模拟电子技术课程设计
——线性F/v转换1．设计任务和要求 ------------------2
2.总体方案选择的论证 ------------------3
3．单元电路的设计 ------------------7
4．绘出总体电路图 ------------------14
5．组装与调试 ------------------15
6.所用元器件的购买清单 ------------------16
7.列出参考文献 ------------------16
8.收获、体会和建议 ------------------17
一．课程设计与要求
（1）设计任务
选取基本集成放大器 LF353、555定时器、二极管和电阻、电容等元器件，设计并制作一个简易的线性F/V转换器。

首先，在EWB软件平台环境下进行电路设计和原理仿真，选取合适的电路参数，通过输出的波形的直流电压测试线性F/V转换器的运行情况。

其次，在硬件设计平台上搭建电路，并进行电路调试，通过数字万用表观测电路的实际输出电压值。

最后，将该实际电压值与理论分析和仿真结果进行比较，分析产生误差的原因，并提出改进方法。

（2）设计要求
1.性能指标要求。

①输入频率为0~10KHz、幅度为20mV（峰峰值）的交流信号。

②线性输出0~10V的交流信号。

③转换绝对误差小于20mV（平均值）。

④1KHz时的纹波小于50mV。

2.设计报告要求。

①根据电路性能指标要求设计完成电路原理图，计算元件参数，写出理论推导工程，并分析各单元电路的工作原理。

②利用EWB软件进行仿真调试。

③绘出总体电路图
④记录实验结果和调试心得，判断误差原因，万恒实验结果分析。

二、总体方案选择的论证
1.输入信号
信号的输入一般采用函数发生器实现。

2.交流信号放大电路
因提供给下一阶段——转换电路的电信号幅度单位为“伏”级，该放大电路可采用运放构成的两级放大器。

应在保证输出波形不失真的前提下，满足下一个子电路的触发电平需要。

一般来说，后一级的放大倍数要高于前一级的。

该放大器应具有优异的动态性能和较强的共模抑制能力
3.滤负波电路
因555 定时器的工作电源是正极性单电源，不能处理负极性信号，因此需要在此电路前端加上一个二极管，将之前的负极性信号滤除后，再作为555 的输入信号。

4.转换电路
由555 芯片构成的施密特触发器
施密特触发器又称为电平触发的双稳态触发器，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一电压值时，输出电压会
发生突变。

当其输入信号上升达到正向阈值电压Ut+或下降达到负向阈值电压Ut-时，输出电平发生翻转。

将555 定时器的阈值输入端（6 脚）和触发输入端（2 脚）连在一起，便构成了施密特触发器，如图5（a）所示。

当输入如图（b）所示的三角波信号时，则从施密特触发器的Uo端可得到方波输出。

5.微分电路
由三极管和电容电阻组成的微分电路，可以使由施密特出来的矩形波转换为脉冲信号。

6.单稳电路
单稳电路的作用是将前一模块输出的矩形波信号转换成高度和宽度一定的脉冲信号。

单稳电路可由555 定时器外接一些阻容器件构成，其典型电路及工作波形如图所示：输入负触发脉冲加在低电平触发端（2 脚），以下降沿触发。

图7（a ）中R 、C 是外接的定时元件，电路的输出脉冲宽度tw 等于电容电压Uc 从0 上升到 Vcc 所需的时间，故有：
由上式可知，该电路输出脉冲的宽度tw
，仅取决于电路
本身的参数（R、C 参数），而与电源电压、触发脉冲无关。

通常外接电阻R 的取值范围为几百欧到几兆欧，外接电容C的取值范围为几百皮法到几百微法，相应tw为几微秒到几分钟。

一般建议tw在20 ~ 30μs之间，当然脉冲信号越窄越好，但是受到的干扰信号也会越大。

值得注意的是，这种单稳电路要求输入触发脉冲的宽度小于输出脉冲的宽度tw ，否则应在Ui和触发器输入端（2 脚）之间外加RC 微分电路。

由于前一模块转换电路的矩形波频率，是由初始的函数发生器产生的信号频率决定的，可能此时负脉冲的宽度会大于输出脉冲宽度，而RC 微分电路的特点是能突出反映输入信号的跳变部分，其时间常数τ = RC 很小，根据此特点，可把信号中跳变部分转变为尖脉冲而加以利用。

（可加三极管构成反相器对微分波形进行整形）
7.滤波电路
为了获得纹波较小的直流信号，可以采用二阶RC 低通滤波器来实现，其电路结构如图8 所示。

该电路由电阻和电容构成，以实现对高频信号的衰减。

二阶低通滤波器是由 2 个一阶低通滤波器串联得到的。

这类阻容滤波电路的滤波效能较高，能兼降压限流作用，适用于负载电阻较大，电流较小及要求纹波系数很小的情况。

8.同相比例放大电路
当信号经过单稳电路和滤波电路后，幅度较小，故应采用放大电路线性放大该信号，以满足设计要求。

如常见的由运放构成的同相比例放大电路就能实现.
其增益可表示为：
三、单元电路的设计
1.输入信号为0~10KHz的正弦信号，幅度为20mv
3.滤负波电路如图，采用1kΩ的电阻。

4.转换电路由555芯片组成
5.微分电路
利用三极管电容电阻组成微分电路。

6.单稳电路
7.滤波电路
使用电容和电阻将矩形波变成直流电路。

8.同相比例放大电路。

当输出为10khz时，输出10v的直流电流
四、绘出总体电路图
五、组装与调试
1、遇到的主要问题
在连接电路的时候，常常会出现接触不良的情况，导致波形不稳。

交流放大电路放大倍数不够大，导致放大后的电压没有达到8V，使后面的施密特没有办法出现矩形波。

交流放大电路放大倍数过大导致顶部失真，经过转换电路也不会产生矩形波。

在经过单稳电路之后的脉宽过大
2.解决方案
利用长导线使输入信号稳定
调整放大倍数使放大倍数大概在800倍左右，且要保证左右两边放大倍数保持均衡。

调整单稳电路中的RC乘积，减小电阻阻值或换用一个小的电容。

3.实验记录数据
六、所用元器件的购买清单
LF353集成运算放大器 2
555定时器 2
510Ω电阻 2
1KΩ电阻 4
1.5KΩ电阻 1
2KΩ电阻 1
10KΩ电阻 3
15KΩ电阻 2
100KΩ电阻 2
10nF电容 5
三极管 1
二极管 1
示波器 1
函数发生器 1
信号发生器 1
数字万用表 1
七、参考文献
电子技术实验与模拟电子技术课程设计———杨上河主编
八、收获、体会和建议
通过本次试验，我体会了做电路的种种不容易，从设计电路到连电路到最后的测量总结成果，每一步到需要我们极大的细心和耐心。

连电路的时候要稳下心来，不能着急，检查电路时要回头一步步的看，追根溯源找出问题，如果心急的话是做不好模电实验的。

当然做好模电实验需要良好的模电知识基础，通过本次试验我近距离体会到了各种各样的功能电路，了解了它们的工作原理，以及工作条件，对我的模电有很大的帮助。

建议的话希望可以不用再剪电线，剪电线扒绝缘层太过费劲，时不时就会过于用力导致电线剪断，还有希望可以多给点时间，再给我一天时间的话我会做得更加完美。

谢谢老师在模电实验中给与我的帮助和鼓励，总之这次试验对我来说收益匪浅。