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模电 F/V转换电路设计实验报告
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2010-11-02
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模电实验,主要把不同频率(0~10kHZ)的输入信号转换为电压输出(0~10V),实验报告有电路的电路图,实验原理,元件清单,实验EDA调试,实验心得
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目录
一 绪论
二 电路设计方案的选择
2.1 设计内容
2.2 设计要求
2.3 设计方案的选择
2.4 频率/电压变换电路的原理框图
三 部分电路设计
3.1 仪表放大电路
3.1.1 概述
3.1.2 仪表放大器电路的构成及原理
3.1.3 仪表放大器 EWB 仿真分析
3.2 施密特触发器
3.2.1 概述
3.2.2 施密特器电路的构成及原理
3.2.3 施密特触发器 EWB 仿真分析
3.3 555 单稳触发器
3.3.1 概述
3.3.2 555 单稳触发器电路的构成及原理
3.3.3 单稳触发器 EWB 仿真分析
3.4 RCπ 型滤波电路
3.5 比例放大电路
四 总电路原理草图
五 调试遇到问题及解决方法
六 最终数据确定
七 元器件介绍
7.1 元器件清单
7.2 元器件介绍
7.2.1 运算放大器
7.2.2 555 定时器
八 实验结果及分析
九 心得体会
十 参考文献
附录 总电路图
一 绪论
课程设计作为模拟电子电路以及数字电子电路课程的重要组成部分,在学完专业基础
课后进行,其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解,学会设计中小型系统的
方法,独立完成调试过程,增加学生理路联系实际的能力,提高学生电路分析和设计的能
力。通过实践教学引导我们在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定
基础。
本次课程设计的设计题目为“频率-电压转换电路的设计”,频率/电压转换电路主要是
针对于模拟信号在远距离传输时容易失真的缺点而设计的,它的作用主要是将模拟输入信
号转换为电压幅值与其频率对应的输出信号,从而提高远程传输的精确度。根据原理它主
要是由放大器,施密特触发器,单稳触发器,滤波电路等构成。而本次设计的过程是通过
查阅相关的资料,根据原理合理选择器件设计出满足设计要求的电路,画出电路图,然后
通过 EWB 仿真软件进行模拟,最后通过实验要求及各个单元电路间的计算关系选择合适
的元件组装成合理的电路,并对其进行测试,从而使电路输入频率为 f=0-10kHZ 时可以
得到 0-10V 的电压。
二 电路设计方案的选择
2.1 设计内容
根据所学的原理,通过合理选择各所需的元件,设计一个将频率 f=0-10KHZ 的余弦
波转换成直流电压 0-10V,即用输出直流电压的大小来表示输入波频率,并且将设计后的
电路图通过仿真软件进行模拟,组装电路并测试。
2.2 设计要求
输入 f=0-10 KHZ 交流波,输出 0-10V 直流电压。
2.3 设计方案的选择
设计的总体思路是函数发生器输出 f=0-10KHZ 的交流信号,经过放大器,施密特触
发器,单稳触发器,然后其输出连接∏型二阶 RC 滤波电路,最后输出。其原理是利用施密
特触发器将输入信号转变为频率恒定的方波信号,再同过单稳触发器得到电压幅度及一个
周期内高频时间恒定的方波,使得电压和频率呈现线性关系,在经过滤波电路,就实现了
频率到电压的转换,最后连接一个比例放大电路用于调节电压大小,使得电路可以用于实
际的应用之中。
直流 =0~10V
方波正弦波
: 0~10KHZ
仪
表
放
大
电
路
施
密
特
触
发
器
单
稳
触
发
器
π 型
RC
滤
波
电
路
比
例
放
大
器
2.4 频率/电压变换电路的原理框图
三 部分电路设计
3.1 仪表放大电路
3.1.1 概述
随着电子技术的飞速发展,运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大器专门精密
差分电压放大器,它源于运算放大器,且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成
在放大器内部,其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误
差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、传感器信号放大、
高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。仪表放大器是一种具有差分
输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,具有差分输出和相对参考端的单端输出。
与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输出端与输出端之间连接的外
部电阻决定,而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的 2
个差分输入端施加输入信号,其增益即可由内部预置,也可由用户通过引脚内部设置或
者通过与输入信号隔离的外部增益电阻置。
仪表放大器有如下特点:
● 高共模抑制比
共模抑制比(CMRR) 则是差模增益( A d) 与共模增益( Ac) 之比,即:CMRR =
20lg | Ad/ Ac | dB ;仪表放大器具有很高的共模抑制比,CMRR 典型值为 70~100
dB 以上。
● 高输入阻抗
要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗,仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗
都很高而且相互十分平衡,其典型值为 109~1012Ω.
● 低噪声
由于仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压,因此仪表放大器不能把自身的噪
声加到信号上,在 1 kHz 条件下,折合到输入端的输入噪声要求小于 10 nV/ Hz.
● 低线性误差
输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正,但是线性误差是器件固有缺陷,
它不能由外部调整来消除。一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为 0. 01 % ,有
的甚至低于 0. 0001 %.
● 低失调电压和失调电压漂移
仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成,输入和输出失调电压典型值分
别为 100μV 和 2 mV.
● 低输入偏置电流和失调电流误差
双极型输入运算放大器的基极电流,FET 型输入运算放大器的栅极电流,这个偏置
电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差。双极型输入仪表放大器的偏置电流
典型值为 1 nA~50 pA ;而 FET 输入的仪表放大器在常温下的偏置电流典型值为
50 pA.
● 充裕的带宽
仪表放大器为特定的应用提供了足够的带宽,典型的单位增益小信号带宽在 500
kHz~4 MHz 之间。
● 具有“检测”端和“参考”端
仪表放大器的独特之处还在于带有“检测”端和“参考”端,允许远距离检测输出
电压而内部电阻压降和地线压降( IR) 的影响可减至最小。
3.1.2 仪表放大器电路的构成及原理
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dorisluyi
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