模拟电路实验报告

模电课程设计报告

任务一 测量放大器

设计要求

1、实现功能

实现一个测量放大器，并完成附加电路信号变换器的设计(将单电源信号转换为差模信号作为测量放大器的输入

2、设计指标

差模增益AVD=100～ 1000，可调。

通频带：fL≤30Hz,fH ≥3kHz;

最大输出电压：±10V ;

增益的非线性误差≤5% ;

差模输入电阻≥2MΩ(由电路设计保证) 。

3、附加电路

设计一信号变换器将信号源输出的单路信号变换为一对大小相等、方向相反的差模信号提供给测量放大器;用以测试放大器的性能指标。

二、设计所需要条件和工具

1、设计所需条件

利用通用运放芯片μA741、μA747、LM324 进行电路设计，采用双入 单出的线路。

2、工具

面包板一片;

LM324 两片;

(3)10k、22k、20k、300k 电阻各两个;

(4)20k 滑动变阻器一个;

函数发生器;

示波器;

杜邦线若干。

三、电路设计

1、总体框图

2、总体电路图

3.设计思路分析：

电压跟随器：获得同相电压信号; 反向放大器：获得反向电压信号;

三运放测量放大器：两级放大电路，对差模信号进行放大;

电路图分析：函数发生器产生单电源信号后，通过电压跟随器和反向放大器，产生两路信号形成差模输入，为确保是输入的是一对差模信号，单电源信号必须通过一个和反向放大器完全相同的运放构成的电压跟随器，否则两路信号会产生相位差，无法构成差模信号。差模信号形成后，通过三运放构成的两级测量放大电路，最后输出。

3.测量放大器增益计算

4.参数选择

在实验过程中，一定增益指标下，为保证每一级的运放都工作在较为合适的放大状态，要尽可能使每一级放大的倍数相差不大，而不会使某个管子因放大倍数太大而失真。

据此原则，我均衡分配了两级放大电路中的三个运放的放大倍数，每一个运放都放大二十几倍，最终能完成增益

1000 倍左右的指标。选择的电阻参数如上图仿真电路中所示：10k、22k、20k、300k

电阻各两个;20k 滑动变阻器一个。

四、电路调试

电路调试步骤

(1)先按照上述仿真电路图连接电路

(2)在接好示波器探头和信号源后，通过调节滑动变阻器，改变三运放放大电

路第一级的放大倍数，当增益能在100-1000的变化范围内变化，且改变输入波

形频率，使之在30Hz-3kHz范围内波形不失真，即调试成功。

(3)调试成功后，如下图所示：

a.增益为100时：

b.增益为1000时：

c.频率为20Hz时

d.频率为7000Hz时：

2.调试中出现的问题及解决方法

(1)最开始电路无法正常工作，以为是连接失误，重新连接了一遍电路，后发现还是出不了波形，然后通过观察示波器波形对每一个运放进行单独检测，后发现有三个运放由于芯片坏了无法正常工作，后更换芯片后波形正常;

(2) 最开始，由于电阻参数没有设计好，导致最大增益只能达到

500，后通过分析公式和电路，调整了部分电阻值，才达到了理想的增益。

3.实验结果分析

由调试过程中所示实验结果截图可得：该设计满足实验技术指标要求，可完成增益为

100-1000、频率范围 30-3000Hz 的要求，最终设计结果频率范围为

20Hz-1MHz,满足预期要求。

任务二 简易模拟数字转换器

一、设计要求

实现功能

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器(简称 A/D 转换器或ADC，Analog

to Digital Converter)，A/D

转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。

A/D 转换一般要经过取样、保持、量化及编码 4 个过程。

设计指标

采样保持：

100Hz 正弦波信号作为测试源信号(必要时进行放大，峰值为 8V。)

取样保持电路采样频率为

200Hz，此部分电路通过示波器观察所检测正弦波信号波形基本不失真。

观察所检测正弦波信号正峰值幅度为 8±0.5V。

量化：

将 8V 电压信号转化成 4 位数字信号。

最多采用 8 个单元的集成运放，量化精度<0.5V;

采用发光二极管显示输出高低电平。

二、设计所需要条件和工具

1、设计所需条件

利用通用运放芯片 uA747、LM324。

2、工具

(1)面包板一片;

(2)LM324 两片;

(3)100 电阻 11 个， 68k 电阻 12 个;5k 变阻器 3 个

(4)5k 变阻器 3 个;

(5)发光二极管;

(6)74HC6053 数字开关一个;

(7)函数发生器;

(8)示波器;

(9)杜邦线若干。

三、电路设计

总体电路图：

采样保持

量化

设计思路分析

采样保持：

通过数字开关元件的接通通道来控制采样与否;

函数发生器产生两路信号，一路作为采样信号输入射极跟随器，以供采样;

一路方波信号作为时钟信号源，控制电容的充放电，从而控制保持的时间;

通过设计好电容的大小，保证电容充放电时间能满足采样时间的要求。

量化：

电路要实现量化的功能，就需要进行电压比较和减法运算，还需要相应的显示电路和逻辑控制电路。先用电压比较器进行比较，如果满足该电压比较器的条

件，在下一级就要减掉该电压数值，同时该级的 LED

发光。以此类推，可以实现电压的量化。

元件参数选择

使用 LM324 的运算放大器，要实现减法器，必须使反馈电阻等于输入端的电阻，选用

68k 电阻。

四、电路调试

1.电路调试步骤

先按照上述电路图连接电路，连接好的电路为：

a.采样电路

b. 量化电路：

采样电路将 15V 电源、示波器、函数发生器连接好后，观察波形;

调试结果：

a.采样保持：