8级电子系统综合设计实验指导书终稿 .docx

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1、精品名师归纳总结一、试验目的：电子系统综合设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结本次电子设计要求同学自行完成脉宽调制法电容 /电压 C/V 转换器电路设计和方波 -三角波发生器电路设计，并运用电子仿真软件 multisim 对所设计的电路进行分析、测试，直至测试结果符合设计要为止，使同学明白、把握电子仿真软件 multisim 的应用，并通过仿真软件的仿真结果，使同学进一步把握脉宽调制法电容 /电压 C/V 转换器和方波 -三角波发生器的电路设计思路、电路结构、元器件参数的选取及运算过程，最终依据电路原理图进行电路板焊接和调试，对模拟仿真结果进行验证，从而为同学以后的科研工作打下

2、一个坚实的基础。二、 试验器材：电脑一套， multisim 仿真软件一套。三、试验进度支配：(1) 依据所给题目要求，自行设计电路原理图，并对电路设计原理进行分析。(2) 运用 multisim 仿真软件对电路进行仿真，用虚拟示波器观看各点波形，依据波各点波形对器件参数进行适当的修改，直道测试结果中意为止，从而加深了同学对电路设计原理的进一步把握。(3) 依据电路原理图焊接电路、调试电路，用示波器观看各点波形，分析测得波形与虚拟示波器观看各点波形是否一样。四、试验内容：试验一、方波 -三角波发生器仿真分析试验二、脉宽调制法电容/电压 C/V 转换器仿真分析五、试验原理：试验内容一、方波 -三

3、角波发生器仿真分析： 设计要求：设计振荡频率为设计振荡频率为 500Hz 的方波 -三角波发生器，要求方波输出电压为12V ，三角波输出电压为 6V 。要求写出设计思路、电路结构、元器件参数的运算过程，运用multisim 仿真软件对所设计的电路进行分析、测试。如测试结果不满意设计要求，调整电路结构或转变电路元器件参数，直至测试结果符合设计要求。设计思路：设计波形发生器电路通常考虑两个方面的因素：一是挑选什么样的输出波形电路，其次是确定该电路的振荡频率。对于 10KHz 以下的振荡电路，通常对器件即运放性能）要求不高，挑选余的较大。当要求的工作频率较高时，需要考虑性能较好的专用集成运算放大器。

4、在确定振荡频率时，应先挑选积分电容的大小，一般在 0.01uF-0.33uF 之间，然后再确定电阻的大小，一般在几k-100k之间。确定电路形式：一般来说，方波 -三角波发生器是由一个迟滞比较器和一个积分电路组成，电路框图和电路设计原理图如图1和图 2所示：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1 电路框图电路设计原理图：XSC10GT7C16AB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结30110k| .R141%2210k| .R21%38R3U1A1LM358AMV01RW1R4 5.11k| .1%RW2510k| . Key=B50%100nF VEEVEE428

5、38-12VU2B1LM358AMV02可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结10k| .1%420k|. Key=A50%R510k| .1%VDD可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0VDD12V图2电路原理图运算元器件参数：由于三角波最大输出电压为：由此可以得到：如取,就。取的电位器。平稳电阻。依据方波 三角波的频率公式：可以得到：,取取,的电位器，平稳电阻为.其中：图中的=20K 电位器是调剂三角波幅值的，=10K 电位器是调整频率的。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结选取元器件，画电路图，进行仿真分析，仿真结果如图3所示：图 3 仿真波形由分析结果

6、可知：方波 -三角波的频率：。三角波的幅值：。方波的幅值：,这是由于运放的输出级NPN 和PNP两种晶体管组成复合互补电路，输出方波时，两个管子交替导通，由于导通是输出电阻的影响，使方波的输出幅度小于电源电压值。可以提高直流电源，使,。 转换器仿真分析题目设计要求：利用脉冲宽度调制法 简称脉宽调制法，英文缩写为 PWM 可以测量电容量。第一利用被测电容 Cx的充放电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形，使其占空比 D与Cx 成正比，然后经过滤波电路取出直流电压 /Vo，送至 A/D 转换器中。明显测量电容量的转换过程为： Cx D /V ，反之亦然，由此可完成 C/V 转换，将被测电容量

7、转换成直流电压，实现对电容量进行数字化测量的目的。设计思路：如图 4所示，给出了专配 3. 位数字电压表的五量程电容测量电路。S为量程转换开关。5个电容档依次为 2000pF、20nF、 200nF、 2u F、20uF，可以测量 1pF20uF的电容量，精确度为2.5% ，最高辨论率达 1pF。 IC采纳一片 CMOS 双定时 ICM7556 ，它具有输入阻抗高、微功耗、电源电压范畴宽318V 、适合在低压条件下工作等优点。ICM75 56片内包含两个相同的定时器ICa、ICb ，二者共用一套电源。定时器采纳负规律电路，每个定时器内包括比较器 A 、比较器 B 、RS触发器、反相器 F1F3

8、，放电管 NMOS 场效应管 ，仍有 3只阻值相同的电阻 R。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结VDDR7 12KRP12KR8 7.5 K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结R1 4 820 K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0U1 B 1ANE55 6R8TRIGR6 150KR5K0BQ9 3R9 100KC8 10p F4DU1 A 41NE55 6CR CV6TRIGC Q5R1 R2 R3 R4 K0KM00K1111R1 1 1MR1 3 1 MR1 2300 KRP22K E可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SbC6 1

9、031 1C7 1 04CVo ltDIS1312THRR1 0100KC51 0u F3C4 103CVo lt DNG7DIS1Sa2THRCX待测电阻C1 C2 C3pF FFpu0 022.2 00022C90.3 3uFC1 00.3 3uFC1 10.3 3uF可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图4 五量程电容测量电路ICM7556 采纳 DIP-14 封装， V DD 为正电源端。以定时器IC a为例 对应于 813脚，各管脚的功能如下： TRIG8 触发端。 TRIG=1 时输出端为低电平， TRIG =0 时输出端呈高电平。Q9输出端 OUT2 。负载电阻可接在

10、Q与V DD 之间，也可接在 Q与V SS之间，最大输出电流为200mA 。R10 复位端。当 R=0 时Q=0 ， R=1 时IC a可正常工作。CVolt11 掌握电压端。为削减外界干扰，通常在此端与V SS之间接 0.01uF的高频滤波电容 .THR12阈值端，亦称门限端。作信号发生器使用时在THR 与V SS之间接定时电容，并将TH 2端与/TR 2端短接。一旦IC a被触发到高电平状态，THR 端就监测定时电容上的电压V c，当V c 2/3VDD 时，迫使 IC a输出低电平。DIS13 放电端。 Q=0 时，定时器电容通过放电管放电。Q=1 时此端开路， V DD 经外部定时电阻

11、给定电容放电。由IC a和外部定时电阻 R5、R6定时电容 C6或C7构成的脉冲发生器电路如图5所示。VDD可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0U1 B 1R61 50 KR5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ANE55 6KRB0089 3TRIGQ可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Sb1 1CVo ltDIS1 3THR1 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结C6 1 03C7 1 04可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图5 脉冲发生电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 6 A点波形图7B 点波形其工作

12、原理分析如下：通电后， V DD 经过 R6、R5向C6充电。当 V c 2/3VDD 时，内部比较器 A 翻转， RS触发器 R=1高电平 ， S=0低电平 ，将触发器置 “ 0，”经过内部 F1 和F2两次反相后，使 Q=0。与此同时， F1输出的高电平仍使 NMOS 管导通， C6经过 NMOS 放电管和 R5放电。当 V c 1/3VDD 时，比较器 A 再次翻转， R=0， S=1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结，将触发器置 “1，”由于 F1输出低电平，令 NMOS 管截至，故 VDD 再次对 C6或C7充电。如此循环往复，随着C6或C7的充、放电过程，从第9脚Q

13、就输出连续的脉冲波形。震荡频率及波形占空比由下式而定12将C6=0.01uF，R6=150K ， R5=300K一并带入式 1 中得到 f 1=200Hz ，对应于周期 T 1=1/f 1=1/200=5ms 。如将 C6改作C70.1uF, 就f 2=20Hz,T 2=50ms.由式 2 不难看出，占空不比 D与定时电容 C 6或C7无关，占空比固定为D 1=150K+300K ）/ ，为使触发脉冲的周期能掩盖全部量程，脉冲发生器设置两套。 2000pF2uF 量程选定时电容 C6=0.01uF，对应于 T 1=5ms。 20uF量程的定时电容 C7 =0.1uF，对应于 T2=5 0ms。

14、前者适于测量小电容，后者专用于测较大电容。IC a输出的脉冲经 C8隔断直流重量，送至 IC b的第 6脚TRIG 。定时器 IC b对应于 26脚，它与被测电容Cx、R1或R2、R3、 R4等组成单稳态电路。2000pF档的简化电路见图8所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结R91 00 K C8 10p F4U1 A41NE55 6CCRC6TRIGVQ5Vo 2R1R2 K0M0K01 11R3R4K 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结R1 0C53DCVo lt NGC47DIS12THRDSa待测电阻CX可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结

15、1 00 K1 0uF1 03C1C2C3FppFFu0002.200222可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图8 2000pF 档电路图9 C点波形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 10 D点波形利用 Cx的充、放电过程来对脉冲宽度进行调制。电路的工作过程分析如下：当正脉冲加至 TRIG6 端时，内部 RS触发器 R=1，触发器置 “0，”此时 NMOS 放电管道通， Cx放电，单稳电路处于稳态。当负脉冲来到时电路进入暂态，由于内部RS触发器置 “1N”MOS 管截至， Cx又开头充电， V c逐步上升。当 V c 2/3VDD 时，内部 RS触发器置 “0N

16、”MOS 管道通， Cx再次放电，电路又复原稳态。明显， Cx愈大，充电时间愈长。被调制后的脉冲波从Q5 端输出。仍以 2000pF档为例，取 R1=1M ， Q5 输出脉冲宽度为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结脉冲占空比可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式4中Cx单位为 F。明显，当 Cx=0时， D 2=0。当Cx=2000pF=2 x 10 -9 F时， D2=44% ，D 2与Cx成正比。V o2经过滤波电路取出直流电压/V o，送数字电压表中A/D 转换器，而 /Vo与Cx成正比。这就是脉宽调制法的基本原理。图1中R7、RP1和R8为Q端的负载电阻兼分压

17、电阻，调整RP12K 可对电容档进行满量程校准，对应于Cx=2000pF，使 /Vo=200mV 。由于 C/V 转换器本身存在失调电压V os，会导致不测电容时外表在个位甚至十位上显现非零值，因此必需增加手动调零电路，由R14、RP2组成。 RP2即是调零电位器 ZEROADJ 。R14的上端 V -，由电位器 RP22K 的滑动触头上可猎取某一负压-V o。适当调剂 RP2，使 -V o =Vos，V os+-V o=0, 即可实现零点补偿，在未接Cx时/V=0 ，外表显示为零。使用数字电容表时，每次测量之前应调整R P2 ，使读数为零，方可进行测量。特殊是更换电容档时，由于各档的失调电压

18、相差较大，必需重新调零。详细方法是在未接入电容时调整RP2，使外表显示值为000。此外， 20uF档的时间常数较大，测量大电容时须经受较长时间才能得到稳固读数。图1中， R9、R10为偏置电阻，实取R9=R10=100K ，无触发信号时可将 TRIG6 端的电位偏置在 V +-V com/2上。 C9、R11、 C10、R12、C11构成两级 型阻容滤波器。对于 20nF20uF 档，被测电容 Cx仍分别与补偿电容 C1C 3相并联。以 20nF档为例。 Cx|C1=C x+220pF。式 3变成5对2000pF档而言， R1的下端未接补偿电容。20uF档与 2uF档共用一只补偿电容 C30.

19、02uF 。在20uF档测 10uF电容时，用 multisim 仿真软件仿图 1中A 、B、C、D、E各点的波形如图 6、图 7、图 9、图 10和图 11所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图11E点波形使用脉宽调制法测量电容也存在不足，就是每次测量前均需手动调剂电容档的零点，使显示值为零。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结VDDR7 1 2KRP12 KR8 7.5 KR1 4 8 20 KR61 50 K0R1R2R3R4R1 3 1 MRP2U1 B1R94R5U1 A41NE55 6AKNE55 6DKERB1 00 K0M1 0K101K2 K1R1 1 1 MR1 2 3 00 K8TRIGQ93CRCC8 1 0p F6TRIGC VQ5DIS13DIS1SaSb1 1CVo ltTHR123CVo lt NGDTHR2C9C1 0C1 1R1 0C5C47CX1 00 K1 0u F1 03C1C2C30.3 3 uF0.3 3 uF0.3 3 uFC6C7待测电阻FpF1 031 0400pFu200.222209 / 9可编辑资料 - - - 欢迎下载