《電子技術應用》word版.doc
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目錄 第1章 電流/電壓（I/V）轉換器的制作與調試 1 1.1 設計任務 1 1.2 系統(tǒng)總體設計方案 1 1.2.1無源I/V變換 1 1.2.2有源I/V變換 2 1.3系統(tǒng)分析與設計 2 1.4總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 3 1.5系統(tǒng)調試與參數(shù)測量及參數(shù)測量 3 1.6改進意見與收獲體會 4 第2章 電壓/電流（V/I）轉換器的制作與調試 5 2.1設計任務 5 2.2 系統(tǒng)總體設計方案 5 2.2.1基本電路 5 2.2.2豪蘭德(Howland)電流源電路 6 2.2.3實用電壓/電流轉換電路 6 2.3系統(tǒng)分析與設計 7 2.4總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 7 2.5系統(tǒng)調試與參數(shù)測量及參數(shù)測量 8 2.6改進意見與收獲體會 9 第3章 聲控式音樂彩燈控制器的制作與調試 10 3.1 設計任務 10 3.2 系統(tǒng)總體設計方案 10 3.3系統(tǒng)分析與設計 10 3.4總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 11 3.5系統(tǒng)調試與參數(shù)測量及參數(shù)測量 12 3.6改進意見與收獲體會 12 主要參考資料 13 第1章 電流/電壓（I/V）轉換器的制作與調試 1.1設計任務 熟悉運放電路的各種元器件，充分了解并掌握運放參考電路圖，將元器件焊接在電路板上，并按設計要求寫出設計和調試過程，設計出將0~10毫安電流信號轉換成0~10伏電壓信號的電流/電壓轉換器，并通過調試將誤差控制在允許范圍內。分析電路的工作過程，完成制作與調試,并填寫下表，分析結果。 表1.1測量表 電流信號（毫安） 0 2 4 6 8 10 電壓信號（伏） 1.2系統(tǒng)總體設計方案 1.2.1無源I/V變換 無源I/V變換主要是利用無源器件電阻來實現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅等保護措施 圖中R1和C構成無源濾波電路，即RC低通濾波電路，起到濾波的作用；二極管一端加固定電壓+5V，在另一端若有加至高于5V電壓，在滿足二極管一定特性的情況下，二極管將正向導通，所以在這里二極管起到了限幅的作用，輸出電壓V=R2*I，即可使輸入電流轉換為電壓形式輸出。 圖1.1無源I/V變換 1.2.2有源I/V變換 有源I/V變換主要是利用有源器件運算放大器、電阻組成。利用運算放大器進行對輸入信號的放大。將輸入電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，輸入電流由于電容的存在使電阻兩端產生一定的壓降，然后由運算放大器實現(xiàn)電壓放大，從而完成電流到電壓的轉換。 比較無源I/V變換和有源I/V變換，有源I/V變換在實際應用中更為廣泛，而且可調性強，便于電路的調試，所以設計中選用有源I/V變換完成電流電壓轉換。 1.3系統(tǒng)分析與設計 該電路是采用集成運放的電壓并聯(lián)負反饋制作轉換器，使輸入電流轉化成電壓輸入，通過運算放大器放大電壓信號。電路由電阻R，若干100KΩ，200KΩ，2KΩ電阻，2個10KΩ可調電阻構成。R構成電路輸入端，100KΩ,200KΩ,2KΩ構成差分電路，可調電阻構成調零和輸出電路。運算放大器的引腳接法：2接反向輸入端，3接同向輸入端，4接-15V電壓，6為輸出端，7接+15V電壓。Ii是輸入電流，在輸入端接入一個較小的電阻R（R遠小于100KΩ），使輸入電流基本完全通過電阻R，Ii將在R上產生電壓。當電流在同向端輸入電流時，將在輸出端產生正電壓。設R上端電勢為Vi上，R下端電勢為Vi下，有Ii*R=（Vi下-Vi上）。因在運放輸入端是對稱工作的，但在實際工作中會出現(xiàn)一定的不對稱性，為了提高精度，應加入調零電路，消除零點誤差。左下端-15V電路為調零電路，當輸入電流Ii=0時，調整左下角可變電阻使V0=0,記錄此時可變電阻的電位V調。右邊的10KΩ是用來調整增益的，通過調整增益達到輸出量程的上限，測出此時可調電阻的電勢V增。2個2KΩ電阻與100KΩ電阻的連接節(jié)點電位為Vn（反向端）和Vp（同向端）。根據(jù)運放虛斷的性質有2個2KΩ電阻上無電流。 根據(jù)反向虛斷有(Vi上-Vn)/100k=(Vn-V增)/200k 同向虛斷有（Vi下-Vp）/100k=（Vp-V調）/200k 根據(jù)虛短有：Vn=Vp; 得V增=V調-2（Vi上-Vi下）=V調+2*Ii*R 設右邊10KΩ可調電阻上邊電阻為R上，下邊電阻為R下，在上邊的差分電路中，因為10K<<200K，故200KΩ電流作用可以忽略。 則V增=R下*V0/(R上+R下)=R下*V0/10K 所以有 V0=(10k/R下)*V增=(10k/R下)*(V調+2*Ii*R) 1.4總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 電路圖如下： 圖1.2電流電壓轉換器 表1.2 元器件清單 名稱 規(guī)格 數(shù)量 電阻 100K 3 電阻 2K 2 電阻 200K 2 滑動變阻器 10K 2 運算放大器 UA741CN 1 導線 若干 表1.3 儀器儀表清單 名稱 數(shù)量 直流穩(wěn)壓電源 1 數(shù)字萬用表 1 電流源 1 電路板 1 電阻箱 1 電烙鐵 1 電工鉗 1 1.5系統(tǒng)調試與參數(shù)測量及誤差分析 (1)系統(tǒng)調試：先調節(jié)電流源，使電流源在10mA下達到滿量程，改變調節(jié)增益的電阻，使輸出電壓為10V，防止將最大值調偏。再將電流源調到Ii=0,調節(jié)調零電阻，使輸出電壓為零，如此反復幾次，使輸出達到理想狀態(tài)。當輸入電流變化時，輸出電壓也隨之發(fā)生變化，說明電路工作正常。 在調試中應注意電源正負極不能接反，防止元器件被燒壞，直流穩(wěn)壓電源電壓不能超過15V，防止集成運放過熱燒壞。 (2)參數(shù)測量及誤差分析：了解各個元器件的工作原理和工作條件，在進行安裝電路之前，先確定元器件參數(shù)，以減小實驗中造成的誤差，電路安裝完畢后確定電源，地線的引腳接線是否正確，對通電電路進行通電檢查，電源電壓接入15V，觀察電路中各部分的器件有無異常，尤其是觀察芯片是否過熱，若過熱可能被燒壞，要降低穩(wěn)壓電源電壓。 數(shù)據(jù)記錄表格1.4如下： 表1.4數(shù)據(jù)記錄表格 電流信號（毫安） 0 2 4 6 8 10 電壓信號（伏） 0.14 2.26 4.31 6.38 8.42 10.50 理論電壓信號（伏） 0 2 4 6 8 10 1.6改進意見與收獲體會 （1）改進意見：集成運放在調試過程中會有損壞；電路板上焊孔過小增加了焊接的難度，同時使焊點不是很牢固，會發(fā)生斷路的現(xiàn)象；導線過細使得導線在多次調試后產生金屬疲勞而折斷；電路板上元件距離分布不是太合理導致焊接路線的導線雜亂很難檢測，稍有不注意容易短路造成器件損壞。 (2)收獲體會：了解的元器件的工作原理和工作條件，通過對集成運放的接線，了解了各接點接法，加深了對深度負反饋的虛短和虛斷的理解；了解了調零電路對差分電路的補償作用以及調整增益對輸出的影響；并學會了如何使電壓到電流的轉換，同時提高了對理論的理解和對實踐的操作。學會了電流電壓轉換器的設計方法和調試方法， 培養(yǎng)了動手能力和實踐技能， 提高了分析和解決實際問題的能力。在實習前的準備工作，該怎么準備，都要有一個很好的計劃，否則就做不好。 第2章 電壓/電流（V/I）轉換器的制作與調試 2.1設計任務 熟悉運放電路的各種元器件，充分了解并掌握運放參考電路圖，將元器件焊接在電路板上，并按設計要求寫出設計和調試過程，設計出將0~10伏電壓信號轉換成0~10毫安電流信號的電壓/電流轉換器，并通過調試將誤差控制在允許范圍內。分析電路的工作過程，完成制作與調試，并填寫下表，分析結果。 表2.1測量表 電流信號（毫安） 0 2 4 6 8 10 電壓信號（伏） 2.2 系統(tǒng)總體設計方案 2.2.1基本電路 如圖2.1所示為實現(xiàn)輸出電壓Uo與輸入電壓Ui反相，電阻RL跨接在集成運放的輸出端和反相輸入端，引入了電流轉換的基本原理電路。實際上該電路是一個反相比例運算電路，故輸出電壓并聯(lián)負反饋。同相輸入端通過電阻R1接地，R1為補償電阻，以保證集成運放輸入級差分放大電路的對稱性，同向輸入端電阻等于反向輸入端等效電阻，即R1=R//RL。由于理想運放的凈輸入電流均為零，故R1中電流為零，所以 Un=Up=0，則負載電流 （2.1） 式（2.1）表明負載電流 與Ui成線性關系。但是此電路設計電路中的負載沒有接地，即負載RL處于浮地狀態(tài)；待變換的輸入電壓Ui受運放的最大共模輸入電壓限制。 圖2.1 電壓/電流轉換的基本原理電路 2.2.2豪蘭德(Howland)電流源電路 在實用電路中，常常需要負載電阻RL有接地端，為此產生了如圖2.2所示的豪蘭德電流源電路。由于該電路引入深度負反饋，可以認為集成運放的兩個輸入端電位Un≈Up,電流In≈Ip≈0,因此在結點N的電流方程為 因而N點的電位 (2.2)結點P的電流方程 (2.3) 因而P點電位 由上推導，P點的電壓近似等于N點的電壓，即Un≈ Up，并假設R2/R1=R3/R,利用式（2.2）和式（2.3）相等的關系，得到Io=-Ui/R，由于輸出電流與輸入電壓反相，不符合設計要求，所以也不采用此方法進行設計。 圖2.2 豪蘭德電流源電路 2.2.3實用電壓/電流轉換電路 結合以上分析，采用圖2.3的方案 2.3系統(tǒng)分析與設計 參考電路是從輸入端輸入電壓，經(jīng)過集成運算放大器把電壓信號轉變成電流輸出信號，通過對負載端的測量，可測出輸出電流的大小。電路由若干100KΩ，3KΩ電阻，2個1KΩ可調電阻構成。100KΩ構成輸入和反饋電路，可調電阻構成調零和輸出電路，集成運放的引腳與電流電壓變換器相同。Vi是輸入電壓；因在運放輸入端是對稱工作的，但在實際工作中會出現(xiàn)一定的不對稱性，為了提高精度，應加入調零電路，消除零點誤差。左下端+15V電路為調零電路，通過W1對電路進行調零，調整調零電路使輸入電壓為零時，輸出電壓為零，測出此時W1的電勢Vm；可調電阻W2是調整增益用的，通過對W2的調整可使輸出量程發(fā)生改變；右下角的R1是負載電阻，是從6端的輸出電壓轉變成電流作為輸出。電阻R3引入電壓串聯(lián)負反饋，電阻R4引入電壓并聯(lián)正反饋。由圖知，V1=Vp，V2=Vn。根據(jù)運放虛短和虛斷的原理有：2和3引腳處無電流且Vp=Vn。 推出：(Vi-V1)/R1=(V1-V4)/R4 (V3-V2)/R3=(V2-Vm)/R2 得出：Vi-V1=V1-V4 Vm-V2=V2-V3 所以：Vi-Vm=V3-V4 由輸出端與負載的節(jié)點的KCL有：(V3-V4)/W2+(V1-V4)/R4=I0 所以：I0= (Vi-Vm)/W2+(V1-V4)/R4，因為W2<
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