北邮电子电路实验报告指数运算.doc
【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流北邮电子电路实验报告指数运算.精品文档.北京邮电大学电子电路综合实验报告课题名称：指数运算电路的设计一、 摘要： 利用二极管的伏安特性实现对数运算及指数运算电路，通过电阻与晶体管位置互换实现反对数运算。加入温度补偿电路，消除温度对三极管参数的影响。该模拟集成电路可应用于成法，除法, 开方，调制，解调，放大等功能的电路，广泛应用于模拟运算，通信，测控系统，电气测量等电子技术的许多领域，是有较高的研究价值的。二、 关键词： 指数运算 对数运算 温度补偿 二极管指数型伏安特性三、 设计任务要求： 设计实现一个指数运算电路，要求电路的输入输出满足指数运算关系,，本实验中K=3.设计指标以及给定条件为：1） 电路的输入阻抗100K。2） 输入信号大小为015V 3） 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。四、 设计思路、总体结构框图设计思路： 利用二极管或三极管的PN结指数伏安特性，将二极管（本实验中使用三极管）接入到集成运放的反馈电路和输入电路，可构成对数和反对数运算电路。同时构造温度补偿电路，以消除温度对结果的影响。总体结构框图：温度补偿电路温度补偿电路对数放大电路反对数放大电路五、 分块电路和总体电路的设计过程1、 基本对数运算电路将晶体管T的基极和集电极短路，接成二极管的形式，增加集电极电流动态运用范围。引入运算放大器A，利用其反向端的虚接地特性，把PN结上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系，形成运算放大器构成的对数放大器。 则： = 但该电路存在两个问题：必须为正则为负，以使晶体管处于放大导通状态；，都是温度的函数，其运算结果受温度影响很大，如何改善对数放大器的温度稳定性是实际应用中要解决的一个重要问题。一般改善方法是：用对管消除的影响；用热敏电阻补偿的温度影响2、加温度补偿的对数放大器图中:A1 ,TI 组成基本运算电路.A2 ,T2组成温度补偿电路TI, T2两管的集电极电流分别为:T2的基极电位为: 忽略T2的基极电流, 则选择TI, T2两管参数对称,则这样,利用TI, T2两管特性的一致性,可将的影响消除R4选用具有正的温度系数的热敏电阻, 可补偿温度对的影响,即实现了对数运算3、 反对数运算电路温度补偿电路原理相同由二极管的特性以及运算放大器反相端“虚接地”的特性可知：则实现了反对数运算4、 总体电路将对数与反对数运算电路相连接，值得指出的是, 对数放大器和反对数放大器的二极管,必须工作在正向偏压下,因此输入信号只能是单极性的。为滤除高频噪音成分，在运放的1-2、2-6、1-6管脚间按实际情况连接了20pF-300pF的滤波电容，得到最终电路图，如下。图中：A1，T1，A4，T4组成基本运算电路。A2，T2，A3,T3组成温度补偿电路。同样，T3、T4选用特性一致的三极管，则：忽略T3基极电流，则：要实现，取，则R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以，。其中，K=，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。则K=3.009，。六、 实现功能说明1、 实现功能： 1.对应基本实验任务要求Ri100K. 理论值Ri=R5=100K，在运放虚地特性良好的情况下 。输入阻抗的要求肯定满足的。 2.输入信号大小为0-2V的三角波。输入信号为1V时，输出信号为1V.输入信号为2V时，输出信号为8V。最后的输入输出的李萨如图为标准的指数上升曲线。达到实验基本要求。2、 测试方法：1、在输入端接入的是函数信号发生器，用以输入正弦波，同时加入一定的直流分量。运算放大器加入的是正负15V的直流电压。输入和输出端用示波器进行检测。输出结果的正确与否是通过用示波器对输入输出波形的李萨如图进行观测和分析来进行测试的。对对数电路和反对数电路要分级测试。2、输入了Ui=0.6V，直流分量0.3V的正弦波，观察输出 输入了Ui=0.8V，直流分量0.4V的正弦波，观察输出3、输出波形以及各点电压值Ui=0.8V管脚运算放大器A1A2A3A4114.94V14.95V14.95V14.95V2-1.2mV-2.0mV-0.5mV030.6mV-1.5mV0.5mV-0.1mV4-14.98V-14.98V-14.98V-14.98V5-103.4mV-242mV-11.8mV-57.9mV66.785V-402.3mV-0.5V140.6mV715.03V15.03V15.03V15.03V814.94V14.94V14.94V14.94V管脚三极管T1T2T3T4发射极-0.485V-0.486V-2.1mV-0.1mV基极0.7mV39.4mV117.2mV0集电极-1.3mV0.6mV-0.41mV-0.41mVUi=0.6V管脚运算放大器A1A2A3A4114.95V14.95V14.95V14.95V2-1.1mV0.7mV-2.0mV031.1mV0.6mV-2.0mV04-14.98V-14.98V-14.98V-14.98V5-62.9mV-329.8mV-22.0mV-73.0mV60.935V-0.489V-377.6mV48.9mV715.03V15.03V15.03V15.03V814.95V14.95V14.95V14.95V管脚三极管T1T2T3T4发射极-0.476V-0.476V-2.2mV-0.1mV基极0.3mV46.8mV139.2mV0集电极-1.9mV0.3mV-387.4mV-387.4mV七、 故障及问题分析1、 经过搭建面包板发现输出波形十分奇怪，一般情况下对数放大电路可以有波形输出，而最终的输出却是+15V。因是第一次不够搭建如此复杂的面包板，于是多次对照电路图进行改正。然而，仍不能出现波形。后来发现书上的一个电容接到了三极管的e管脚而不是c管脚引起了错误。后来改善后，仍然是对数放大电路以及加有温度补偿的对数放大电路有正确的输出，可以输出波形，但是整体电路输出仍为+15V。经逐点检测，发现T3管基极所出波形为正确，但e、c两脚输出均不正确，所以单独检查A3放大电路的连接，发现A3的6脚管所接150pF电容并未与A3的2脚管相连，在连接后输出了正确的波形。2、 虽然输出了波形，但是与理论值有偏差，更有很严重的毛刺。经过老师的提醒，知道应该在输出的2、6管脚间接入20pF的电容，滤除掉高频噪声，果然波形变细很多。然后利用万用表检测了所有的电阻，发现有些电阻的阻值不对，并且无法找到15.7K的电阻，只能用相近的16K电阻代替。后经老师提醒才知道，书上电路图只是给出参考，并不能准确的调出K=3，所以随后了测试了直流电源的电压，发现有16V以上，而不是15V，又依次调准。最后，终于在第二周的周末成功做出了波形。3、 电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确，检查直流极性是否正确，仪器是否正确都会影响到实验，所以每次实验前都要提前检测设备，仔细查看电源线等的连接，以防止出现意外。4、 在最初运用PROTEL PXD软件时并不是很清楚它的使用方法，但是在课下根据书本所给步骤一步步进行调试时，发现这个软件和好用并且简单易懂，在绘制出PCB图时感觉很方便。八、 总结和结论1、 实验共经过2周七次实验完成，在前四次实验中尝试在面包板上搭建电路图。在逐步改善布线方式和元器件格局的进程中，学会了如何分级安插元器件，如何减少导线长度以减少因导线电阻引起的误差，如何利用不同颜色的导线提醒自己的思路，我认为这对于以后学习电路知识，提高自身动手能力都有着很大的帮助。2、 对PROTEL DXP这个软件的运用有了通透的认识，从上网找到软件安装到运用这个软件绘制出原理图、PCB板再到后来帮助他人完成这项任务。我认为对于这个软件的基本功能与基本流程已经有了认识，并且熟练的掌握。但是，我深知这个软件是一个功能十分强大的软件，仅凭两周的时间是无法真正掌握它的。希望在以后的学习中，还有机会运用到。3、最重要也是本次实验的目的，即让我们深刻地了解指数放大电路的原理，我认为我基本做到了理解原理构造，根据原理可以判断出是电路的何处连接错误，而不是盲目的换原件、换导线。九、 PROTEL绘制的整体原理图十、 所用元器件及测试仪表清单1、所用元器件：集成运算放大器OP07（4个）三极管8050（4个）电阻：1.5M（4个），100K（4个），2K（2个），1K（2个），4.55K（1个），16K（1个）电容：300pF（1个），150pF（2个），30pF（2个），20pF(1个）导线若干2、 仪器列表：直流稳压电源 示波器 函数信号发生器 万用表（测量电阻及输出电压） 毫伏表 交流电流表十一、 参考文献电子测量与电子电路实践北京邮电大学电路实验中心出版
