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2012 2013 学年 第 二 学期反馈式稳幅电路课 程 设 计 报 告题 目: 反馈式稳幅电路设计 专 业: 电子信息工程 班 级: 11电子信息(2)班 姓 名:张书彪、张松、徐进进、杜荣锦、 孟志远、许定可、王广鑫、吴昊 指导教师: 吴 慧 电气工程系2013年6月6日任务书课题名称反馈式稳幅电路设计指导教师(职称)吴慧(讲师) 执行时间2012 2013 学年 第 二 学期 第 15 周学生姓名学号承担任务孟志远1109121095整个方案的构思与实施及仿真许定可1109121112整个方案的构思与实施及仿真张书彪1109121119整个方案的构思与实施及文档整理王广鑫1109121104设计场效应管及计算U0参数徐进进1109121110制作电路CAD原理图及设计场效应管杜荣锦1109121077设计反相比例运算电路张松1109121120设计半波精密整流电路吴昊1109121108设计二阶低通滤波器设计目的1、学习反馈式稳幅电路的设计方法;2、研究反馈式稳幅电路的设计方案。设计要求 1、技术指标:要求输入电压波动20%时,输出电压波动小于0.1%;输入信号频率从502000变换时,输出电压波动小于0.1%;负载电阻从10k变为5k,输出电压波动小于0.1%。 2、设计基本要求(1) 设计一个输出反馈式稳幅电路;(2) 拟定设计步骤; (3) 根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;(4) 要求绘出原理图; (5) 撰写设计报告。反馈式稳幅电路摘 要 反馈电路在各种电子电路中都获得普遍的应用,反馈是将放大器输出信号(电压或电流)的一部分或全部,回收到放大器输入端与输入信号进行比较(相加或相减),并用比较所得的有效输入信号去控制输出,这就是放大器的反馈过程。 反馈式就是利用反馈电路控制电压变化,稳定电压的幅度变化,从而达到稳幅的作用。“稳幅”就是稳定幅度,例如4V直流电它的幅度是4,有的电路他的电压是不稳定的,在4 V左右变化,稳幅电路的作用就是使电压变化的幅度变小。本文设计的反馈式稳幅电路主要包括四个部分,分别是反相比例运算电路,半波精密整流电路,二阶低通滤波器电路和场效应管。 反馈式稳幅电路要求我们弄懂当输出电压变化时,输出电压基本不变。关键词:反馈;反馈式;稳幅。目 录第一章 绪论 4-第二章 电路框图的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2.1 设计原理框图5-2.2 设计分析5-第三章 电路原理图的设计6-3.1 反馈式稳幅电路的组成部分6-3.2 反相比例运算电路的设计6-3.3 半波精密整流电路的设计7-3.3.1 整流电路7-3.3.2 半波精密整流电路工作原理8-3.4 二阶低通滤波器电路的设计9-3.4.1 滤波电路9-3.4.2 有源滤波电路10-3.4.3 二阶低通滤波电路11-3.5 场效应管电路的设计11-3.5.1场效应管的工作原理11-3.5.2 场效应管的主要作用12-3.6 总电路设计12-3.6.1 反馈式稳幅电路总设计图12- 3.6.2 反馈式稳幅电路的工作原理13-第四章 电路的仿真14- 4.1 反相比例运算电路14- 4.2 半波精密整流运算电路 16- 4.3 低通二阶滤波电路17- 4.4 反馈式稳幅电路18- 第五章 结论与心得29-5.1 结论与心得29-文献参考30-附录131-附录232- 第一章 绪论 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会,电子技术的进步,给人们带来了根本性的转变。反馈式稳幅电路是一种非常有用的电路。反馈是稳幅电路是由四大部分组成,分别是反相比例运算电路,半波精密整流电路,二阶低通滤波器,可变电阻。 反相比例运算电路:如果输入信号从反相输入端引入的运算,便是反相运算。反相比例运算电路具有反相端为虚地,所以共模输入可视为0,对运算共模抑制比要求低;输出电阻小,带负载能力强;要求放大倍数较大时,反馈电阻阻值高,稳定性差的特点。半波精密整流电路:选用半波整流电路是因为此电路简单,元件少,单输出电压值流成分小(只有半个波),脉动程度大,整流效率低,仅适用于输出电流小、允许脉动程度大、要求低的场合。所以这次我们选用半波精密整流电路。二阶低通滤波器电路:二阶低通滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路,也是高阶滤波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和二次型。本次设计采用二阶低通滤波器。场效应管:场效应管可应用于放大;具有很高的输入阻抗适合作阻抗变换;可以用作可变电阻;可以方便的用作恒流源;可以用做电子开关。我们根据场效应管可用作可变电阻将其等效为可变电阻。以上为本次设计的理论基础。第二章 电路框图的设计2.1 设计原理框图 设计原理框图如图2.1所示,主要包括反比例运算电路、半波精密整流电路、二介低通滤波器电路、场效应管电路四部分电路。上述四个电路在第一章有详细介绍。图2.1 设计原理框图2.2 设计分析 由设计原理可知直流稳压电源应由几部分组成,而且各个部分相对独立,因此,在进行设计电路的时我们采用各个部分分别设计,独立选择器件,独立测试的方法,最后将这几部分进行组装、调试,达到设计完整直流稳压电源电目的。第三章 电路原理图的设计3.1 反馈式稳幅电路的组成部分 根据设计原理及要求可知反馈式稳幅电路主要四个部分组成,1、反比例运算电路,2、半波精密整流电路,3、二介低通滤波器电路,4、场效应管电路。3.2 反相比例运算电路的设计图3.2.1 反相比例运算电路 输入信号从反相输入端引入的运算,便是反相运算。如图3.2.1所示反相比例运算电路,输入信号经输入端电阻作用于集成运放的反相输入端,故输出电压与反相。同相输入端通过电阻接地,为补偿电阻,以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性;其值为(即将输入端接地)时反相输入端总等效电阻,即各支路电阻的并联,因此。电路中通过引入负反馈,故为“虚地”。节点1的电流方程为由于1点为虚地,整理得出 因此闭环电压放大倍数为: 上式表明,输出电压与输入电压是比例运算关系,或者说是比例放大的关系。如和的阻值足够精确,而且运算放大器的开环电压放大倍数很高,就可以认为与间的关系只取决于和的比值,而与运算放大器本身的参数无关。这就保证了比例运算的精确和稳定性。式中的负号表示与反相。 图中的是一静态平衡电阻,即在静态时(输入信号=0),两个输入端对地的等效电阻要相等,达到平衡状态。其作用是消除静态基极电流对输入电压的影响。因此。 从反馈类型来看,在图中,反馈电路输出端引出而接到反相输入端。设为正,则为负,此时反相输入端的电位高于输出端的电位,输入电流和反馈电流的实际方向即如图中所示,差值电流,即消弱了净输入电流(差值电流),故为负反馈。反馈电流取自输出电压,并与之成反比,故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电流的形式出现的,它与输入信号并联,故为并联反馈。因此,反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路。另外,电路的输入电阻不高,输出电阻很低。3.3 半波精密整流电路的设计3.3.1 整流电路整流:将交流电转换为直流电,称为整流。 精密整流电路的功能:将微弱的交流电压转换成直流电压。整流电路的输入保留输入电压的形状,而仅仅改变输入电压的相位。当输入电压为正弦波时半波整流和全波整流输出波形如图3.3.1所示。 图3.3.1 半波整形与全波整形输出波形3.3.2 半波精密整流电路工作原理 当大于0时,必然使集成运放的输出0,从而导致二极管导通,截止;小于0时,必然使集成运放的输出0,从而导致二极管导通,截止。3.3 .2 半波精密整流电路原理图图 3.3.3 二极管的伏安特性曲线 在如图3.3.2所示的半波整流电路中,由于二极管的伏安特性曲线如图3.3.3所示,当输入电压幅值小于二极管的开启电压时,二极管在信号的整个周期均为截止状态,输入电压始终为零。即使幅值足够大,输入电压也只反映大于的那部分电压的大小。因此,该电路不能对微弱信号整流。 半波精密整流电路如图所示,其工作原理: 当大于0时,必然使集成运放的输出0,从而导致二极管导通,截止,电路实现反相比例运算,输出电压=-(/), 当小于0时,必然使集成运放的输出0,从而导致二极管导通,截止,中电流为零,因此输出电压=0。 二极管具有单向导电性,这在电子电路中应用非常广泛。例如整流电路就是二极管的典型应用之一。但由于二极管死区电压的存在,对于幅值小于死区电压的正弦信号来说, 二极管将不导通,故起不到整流作用。图3. 2所示的电路,就是一精密整流电路,它将毫伏级的正弦信号转换成半波输出。3.4 二阶低通滤波器电路的设计3.4.1 滤波电路 滤波电路是一种能让需要频段的信号顺利通过,而对其它频段信号起抑制作用的电路。这种电路中,能把顺利通过的频率范围,称之为“通频带”或“通带”;反之,受到衰减或完全被抑制的频率范围,称之为“阻带”;两者之间幅频特性发生变化的频率范围,称之为“过渡带”。理想滤波器的特性只需用截止频率描述,而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点,两截止频率之间的幅频特性也非常数,故需用更多参数来描述。通带放大倍数。称通带中输出电压与输入电压之比为通带放大倍数。通带截止频率。幅频特性值等于0.707所对应的频率称为滤波器的截止频率。以为参考值,0.707对应于-3dB点,即相对于衰减3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率,则所对应的点正好是半功率点。图 3.4.1 低通滤波器的实际幅频特性 从到接近零的频段称为过渡带,是趋近于零的频段称为阻带。过渡带越窄,电路的选择性越好,滤波特性越理想。分析滤波电路就是求解电路的频率特性,对于LPF,HPF,BPF,BEF,APF就是求解出,和过渡带的斜率。3.4.2 有源滤波电路 此次设计我们所用的是有源滤波电路。有源滤波电路一般是由RC网络和集成运放组成,因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能起到滤波作用,与此同时还可以进行放大。组成电路时应选用带宽合适的集成运放。有源滤波电路不适用于高电压大电
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