太原理工大学模拟电子技术设计报告书

模拟电子技术课程设计报告书

信息工程学院

一、设计题目：

设计一个放大器系统，当电阻值变化±2%时，放大电路能够产生±8V 的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为2%时输出为8V ，偏差为-2%时输出为-8V ，误差不超过±5%。 二、设计电路：

三、工作原理及原理图：

以上的工作原理图包括电压电路、电桥电路、放大电路和电平转移电路。基准电压电路为后面的电路提供电压V+，电桥电路使V+转变为微弱的电压信号Vo1，放大电

路将微弱的电压信号放大到Vo=±6V ，然后电平转移电路把放大的电压平移到我们所需要的电压V （0～5V ）。

四、电路参数的计算： 1、基准源电路设计

基准源输出电压为V+=7.5V ，稳压管电压为5.6V ，取稳压管的稳定电流为1.1mA 。

根据基准源电路有

Vz RJ RJ Vo )1

2

1(1+=

127.5

(1) 1.341 5.6

Vo RJ Vz RJ =+== 得到：

34.01

2

=RJ RJ 选RJ2=39k Ω，可得RJ1=13k Ω。 由于 JF

JF F R R Vz Vo I 6

.57-=-= 若取If=0.95mA ，则有

JF

R mA 6

.571-=

得到RJF=20k Ω。

电阻R3和R4的计算： 由稳压管开始启动的条件：

7.04

34

+≈+>+Vz V Vz Vs R R R D J J J

设V S 、R J3、R J4组成的电路向稳压管提供的电流为0.2mA ， 若流过Rj4的电流为0.21mA ：则由下式： 44

5.60.7

0.21mA RJ J I R +=

= 可得R J4=30k Ω

因为流过R J3电阻的电流为0.41mA ，所以 33

6.3

0.41mA RJ J Vs I R -=

= 取V S =10.81，得到：

310.81 6.3

11k Ω0.41

J R -==

验证 430

10.817.910.7 6.3V 341130D R Vs Vz V Vz R R ==>+≈+=++

其电路及仿真如下图：

2、电桥电路的设计：

++++≈++=+-+++=V R R R R V R R R R V R R R R R R Vo ）3

13

||1())1(513||1(]2331)1(5)1(5[

1δδδδδ

R1=R2=R3=100k ，R5=98k ，δ=0.02。则V o1=0.0375V 。

电路及仿真如下图：

3、放大电路的设计：

V o1=0.0375V 时，输出电压为8V ，则有放大倍数为6/0.0375=233.3倍。

则对于放大器有

422

233.3(1)131

Vo RY RY Vo RY RY ==+ 令RY3=10k Ω，RY4=510k Ω，则RY4/RY3=51，RY2/RY1=1.59 若令RY2=16k Ω，则RY1=10k Ω. 其电路及仿真如下图：

4、电平转换电路的设计：

将-8V～8V转换成0～45V,则-8m+b=0，8m+b=5，求得m=5/16,b=2.5, 取RY9=30K,RY8=10K,RY11=40K,RY4=10K,V2=2.7V.

其电路及仿真如下图

滑动变阻器在100%时的仿真:

滑动变阻器在50%时的仿真：

滑动变阻器在0%时的仿真：

五、测量数据及拟合曲线（曲线为电桥输出和电平转换电路的输出）：

V+/V VO1/mv VO/V Vout/mv

0% 7.488 37.047 -7.83 0.089

5% 7.488 33.375 -7.044 0.333

10% 7.488 29.696 -6.256 0.579

15% 7.488 26.01 -5.467 0.825

20% 7.488 22.317 -4.676 1.072

25% 7.488 18.616 -3.884 1.32

30% 7.488 14.907 -3.09 1.568

35% 7.488 11.192 -2.295 1.817

40% 7.488 7.469 -1.497 2.066

45% 7.488 3.738 -0.698 2.315

50% 7.488 0.074 0.101 2.565

55% 7.488 -3.745 0.903 2.816

60% 7.488 -7.498 1.707 3.067

65% 7.488 -11.259 2.512 3.319

70% 7.488 -15.027 3.318 3.571

75% 7.488 -18.803 4.127 3.823

80% 7.488 -22.586 4.937 4.076

85% 7.488 -26.377 5.748 4.33

90% 7.488 -30.176 6.561 4.584

95% 7.488 -33.892 7.376 4.839

100% 7.488 -37.796 8.193 5.094

六、元件及其参数：

基准电源电

路

电桥电路放大电路电平转换电路Rj1=13k R1=100K Ry1=10k Ry8=10K

Rj2=39K R2=100K Ry2=Ry3=16k Ry9=30K

Rj3=11k R3=100K Ry4=Ry5=10k Ry10=10K

Rj4=39k R5=98K Ry6=Ry7=510k Ry11=40K

Rjf=20k 可调电阻

4k

三个运放

LM324J

V2=2.7V

电源

Vs=10.81v 运放LM324J

二极管

1N3900

稳压

1N4690

运放

LM324J

七、用protel画出的原理图及PCB板：原理图：