模电课程设计实验报告

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第一篇：模电课程设计实验报告

模电课程设计报告

校训：守信

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模电课程设计报告

指导老师：

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多种波形发生器

一设计目的

1. 进一步加深理解波形电路的工作原理; 2. 熟悉多种波形发生器的工程设计方法; 3. 进一步熟悉MULTISIM的使用方法 二.设计任务要求

任务：采用集成运算放大器uA741为核心器件自行设计正弦波、方波、矩形波，三角波、锯齿波的多种波形发生器。并用虚拟电子平台MULTISIM仿真实现。

要求：1.各种波形频率：1.6KHZ

2.幅度：+/-6V

3.各波形规则，无失真，无杂波 三.设计思路

利用多谐振荡器产生方波信号输出，利用积分电路将方波变换成三角波，三角波经低通滤波电路可得到正弦波 四.电路图及仿真 1.矩形波仿真

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2.三角波仿真

3.正弦波

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4. 锯齿波

电路连线图如下：

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有源滤波器设计

一. 设计目的

1. 进一步理解由运放组成的RC有源滤波器的工作原理; 2. 熟悉掌握二阶RC有源滤波器的工程设计方法; 3. 掌握滤波器基本参数的测量方法; 4. 进一步熟悉EWB高级分析命令的使用方法 二. 设计原理

滤波器又称选频电路，其功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制使其急剧衰减。 三. 设计要求

1. 自行设计一个低通滤波器，截止频率fo=2KHZ,Q=0.7，f>>fo处的衰减频率不低于-30Db/10倍频;

2. 自行设计一个高通滤波器，截止频率fo=500HZ，Q=0.8，f=0;5fo处的幅度衰减不低于30Db/10倍频;

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3. 自行设计一个带通滤波器，中心频率fo=100HZ,Q=1，Ao=2通带内允许的最大波动为+/-1Db 四. 设计电路及其仿真 1. 低通滤波器

思路：因为f>>fo处衰减频率不低于-30Db/10倍频，所以采用二阶电路。

0.37/2πRC=2KHZ 得：RC=0.02x10^(-3) Q=1/(3-Aup)=0.7 得：Aup=1+(Rf/R1)=11/7,由此Rf/R1=4/7

仿真如下：

2. 高通滤波器

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由Q=0.8=1/(3-Aup) 得：Aup=1+Rf/R1=7/4，由此，Rf/R1=3/4 fo=500HZ

得：RC=0.0001 因为5fo处的衰减频率不低于30Db/10倍频，故采用二阶电路

波形仿真如下：

3. 带通滤波器

Aup=1+Rf/R1 fo=1/2πRC 当C1=C2=C,R1=R,R5=2R时，Aup=QAuf fo=100HZ,Q=1,Aup=2,故Auf=2，R3=R2，RC=1/200π

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仿真波形如下：

繁用电表设计

一. 设计目的

1. 掌握由集成运算放大器组成的繁用表的工作原理;

2. 设计有集成运算放大器Ua741组成的交直流电压，电流表和欧姆表的实测电路; 3. 学习繁用表的组装和调试方法 二. 设计要求

1. 设计并仿真一个直流电压表，其测量范围为0-15V;

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2. 设计并仿真一个直流电流表，其测量范围为0-10mA; 3. 设计并仿真一个交流电压表，其有效值为0-5V,测量频率范围为50HZ-1KHZ;

4. 设计并仿真一个交流电流表，其测量交流电流有效值为0-10mA;

5. 设计并仿真一个欧姆表，其量程为0-1KΩ;

将以上设计组成一个完整的繁用表，分别用波段开关控制功能和量程切换。 三. 电路设计 1. 直流电压表

2. 直流电流表

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3. 交流电压表

4. 交流电流表

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5. 欧姆表

6. 完整的繁用表：用波段开关将各部分电路连一块，需要那一块用哪个电表，将开关拨到该电路的输入端。

会叫会眨眼的动物玩具电路设计

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一. 设计要求

利用振荡电路通过蜂鸣器发声及发光二极管闪光来模拟动物鸣叫和眨眼，并利用MULTISIM仿真实现。 二. 设计思路

用两块555时基电路为主要元件，两个发光二极管作为动物的眼睛，扬声器V3发声模拟动物的叫声。 三. 设计原理及电路

调节R1，R2，R3，R5的阻值使得扬声器发声像动物的叫声。

心得体会

1. 通过此课程设计，使我更熟练的掌握了Mulitisim软件的应用; 2. 同时对各种波形电路的组成和幅值及频率的调节有了更深刻的认识;

3. 对于有源滤波器的组成原理有了更为深的了解，知道了什么是通带截止频率及衰减频率;以及各滤波器的中心频率的调节;

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4. 会用集成运放组成繁用表，，掌握了其工作原理;

5. 555的使用拓宽了自己的知识面，使自己学有所用，能够运用集成运放组成设计一些有趣简单的电路;

6. 通过此次课程设计，提高了自己的动手能力，增长了知识，加深了对课本知识的理解。

第二篇：模电课程设计报告

函数信号发生器的设计与制作

张佳勇 欧美学院 机电科学与工程系电气工程及其自动化1001

摘要：

模拟电子电路中，常常需要何种波形信号，如正弦波、矩形波、三角波等，作为测试信号或控制信号等。为了采集的信号能够用于测量、控制、驱动负载或送入计算机，常常需要将信号进行变换，如将电压变换成电流、将电流变换成电压、将电压变换成频率与之成正比的脉冲。而我要做的就是设计一个能够同时产生正弦波、矩形波、三角波的这样一个电路。

矩形波电压只有两种状态，不是高电平就是低电平，所以电压比较器是他的重要组成部分，因为产生震荡，就是要求输出状态应该按一定的时间间隔交替变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持时间。我选用LM358这样一种比较器。

在产生矩形波的电路后面接一个三角波发生器，矩形波输入的前提条件下经过积分获得三角波。

在三角波为固定频率过频率变化很小的情况下，采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。 关键词：

矩形波 三角波 正弦波 比较器 积分放大电路 低通滤波器 差分放大器

一、 设计任务及要求

1. 任务

设计一台函数信号发生器，能够发出方波信号、三角波信号和正弦波信号;

2. 要求

输出波形的频率范围是10HZ~100HZ 100HZ~1KHZ 1KHZ~10KHZ，且连续可调; 方波幅值是10V，失真较小; 三角波峰值30V; 正弦波幅值为10V; 各种波形幅值均连续可调;

二、 方案设计与论证

方案一

应用运算放大器做出的比较器电路产生方波，方波通过积分电路产生三角波，再由三角波通过低通滤波电路产生正弦波。 方案二

由比较器和积分器组成方波——三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波(三角波的频率可通过电容的大小进行更改)，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，

1 因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

三、 单元电路设计与参数计算

1. 方案一

没有接通时，=0V，滞回比较器=+同时=+跳变到-当=-给C冲电，使。 时，=

·(-)，同时C使

降低，在在

﹥之前=-不

，则集成运放同相输入端=﹥之前，=+

不变;当

·，﹥时，

由0上升，在变，当方波部分 时，跳变到+。

方波的波幅由稳压二极管的参数决定，方波的周期取决于充放电回路RC的数值。若R或C其中一个增大，周期T也会增大。 ≈≈T=T=(

三角波部分

在方波发生电路中，当阈值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成是近似三角波。所以只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压。当方波发生电路的输出电压线性下降：而当

=+

=-时，积分运算电路的输出电压

将C C ≈()C

)

时，将线性上升。

不是+

就是-，所以输出电压的表达式为

积分电路的输入电压式中

()为初态时正好从-2

跃变为+，则式子变为

积分电路反响积分，随时间的增长线性下降，一旦=从+跃变为-，式子变为

，再稍减小，将

()为产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，

，再稍加增大，

将从-跃变为+

随时间的增长线性，回到初态，积分增大，一旦电路又开始反向积分。电路重复上述过程。因此产生震荡。 由以上分析可知，是三角波，幅值为±

;

是方波，幅值为±

，由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。 设正向积分起始值为-，中了值为+

，积分时间为二分之一周期，则有

震荡频率为f=调节电路中的

，可以改变震荡频率和三角波的幅值。

在三角波电压为固定频率或频变化很小的情况下，可以考虑低通滤波的方法将三角波变换为正弦波，输入电压的频率等于输出电压的频率。

将三角波按傅里叶级数展开

其中方案二

方波电路的工作原理

从一般原理来分析，可以在滞回比较器电路的基础上，靠正反馈和RC充放电回路组成矩形波发生电路。由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态：高电平

3 是三角波的幅值 或低电平。两种不同的输出电平使RC电路进行充电或放电，于是电容上的电压升高或降低，而电容的电压有作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路有充电过程变成放电过程或相反。如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方波信号。

设Uo1=+Uz,则

U+ = R2(+Uz)/(R2+R3+Rp1) + (R3+Rw1)Uia/(R2+R3+ Rp1)=0

(1) 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia_为

Uia_

=R2*Uz/(R3+ Rp1)

(2) 若Uo1=- Uz，则比较器翻转的上门限电位Uia+为

Uia+=- R2(-Uz)/(R3+ Rp1)=Uia_ = 2*R2*Uz/(R3+ Rp1)

(4)

3. 方波——三角波转换原理

在产生方波信号之后，利用此波形输入到一个积分电路便可输出一个三角波。由于三角波信号是电容的充放电过程形成的指数曲线，所以线性度较差。为了能够得到线性度比较好的三角波，可以将运放和几个电阻、电容构成积分电路。 运放接成积分电路形式，利用电路的自激振荡，由滞回比较电路输出的方波信号，经过积分电路后产生三角波信号，输出。运放U2与R

4、RP

2、C4及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为

Uo2=-∫Uo1*dt/(R4+Rp2)C4

当Uo1=+Uz时，

Uo2= -(+Uz)t/(R4+Rp2)C4 = -Uz*t/(R4+ Rp2)C4

当Uo1=- Uz时，

Uo2= -(-Uz)t/(R4+ Rp2)C4 =Uz*t/(R4+ Rp2)C4

4 方波-三角波的频率为：

f=(R3+R)/4R2(Rp14Rp2)C

其中

R2/(R3+Rp1)≥1/3 取R2=10KΩ ,则R3Rp1=30 KΩ 取R3=20 KΩ，则Rp1=20 KΩ 由于f=(R3+Rp1)/4R2(R4Rp2)C

故R4Rp2=3/4fc 取R4=5.1KΩ,Rp2=100 KΩ 当10 Hz≤ƒ≤100 Hz, 取C=1μF; 当100 Hz≤ƒ≤1KHz, 取C=0.1μF; 当1KHz≤ƒ≤10KHz, 取C=0.01μF.

三角波——正弦波转换电路的工作原理

本设计方案中主要采用有差分放大器来完成。差分放大器为输入阻抗高，抗干扰能力强，可以有效的抑制零点漂移，利用差分放大电路传输特性曲线的非线形，将三角波型号转化为正弦波信号，传输特性曲线越对称，线形区越好，三角波的幅值U应正好是晶体管饱和区和截止区。运放U2与R

4、RP

2、C4及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为Uo2=-∫Uo1*dt/(R4+Rp2)C4 途中RP3调节三角波的幅度，RP4调节差分放大电路的对称性，其并联RE1用来减小差分放大电路的线形区，电容C

5、C

6、C7为隔直电容。由于输出频率较低，所以其容量一般较大。C8为滤波电容，以消除谐波分量，改善输出波形，差分放大器的静态工作点可通过观测传输型曲线，调整RP4和R6确定。

四、 总原理图及元器件清单 原理图

1、 方案一

5

2、 方案二

6 原件清单

原件序号123456789原件名称双踪示波器运算放大器二极管稳压二极管电阻滑动变阻器电容开关电源主要参数XSCLM324AJ1N9141N4740A1K,25K,50K,500K5OK,100K30nF,10nF,430nF5V数量334273313备注

五、 性能测试与分析 1. 方波

方案一

R5=50KΩ，50%

7

R5=50kΩ 15%

方案二 RP1=50K 50% 闭合S1

闭合S2

8

闭合S3

9 2. 三角波： 方案一

R5=50K 50%

R5=50K 15%

10 方案二： RP1=50K 50% 闭合S1

闭合S2

11

闭合S3

3. 正弦波： 方案一

R5=50K 50%

12 R5=50K 15%

方案二

RP1=50K 50% 闭合S1

13

闭合S2

闭合S3

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六、 心得体会

由于此次是第一次课程设计，所以心情无比的亢奋，对于仿真成功后有着很强烈的满足感。动手能力也是可到了很高的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。此次通过理论与实践的结合，我从中更加理解的知识的深刻含义。

作为一个大三的学生，我认为此次的课程设计是十分有必要的，也是十分有意义的。在已度过的大学实践里面，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力?如何把我们所学的专业基础课程理论知识运用到实践中去呢?我认为此次课程设计就是一个良好的平台。

由于电路比较简单，并且只是仿真，并不是真正的生产，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。吧过去熟悉的定型分析、定量计算，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际能力，为以后的实际工作大家基础。

七、 参考文献

【1】 康华光等，《模拟电子技术基础》(第五版)，高等教育出版社，2006;

【2】 邱关源，《电路》(第5版)，高等教育出版社，2006;

【3】 彭介华主编：《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社，2005年出版;

【4】 陈大钦主编：《电子技术基础实验-电子电路实验、设计、仿真》，高等教育出版社，2002年出版;

【5】 毕满清主编：《电子技术实验与课程设计》，机械工业出版社，2005年出版。

15

第三篇：模电课程设计报告

模拟电子课程设计

目录

1 课程设计的目的与作用······················································1 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍·······································1 2.1设计任务······························································1 2.2所用multisim软件环境介绍·············································1 2.2.1 Multistim 10简介·················································1 2.2.2 Multistim 10主页面···············································2 2.2.3 Multistim 10元器件库·············································2 2.2.4 Multistim 10虚拟仪器·············································3 2.2.5 Multistim 10分析工具·············································3 3 电路模型的建立····························································3 3.1原理分析······························································3 3.2函数信号发生器各单元电路的设计········································5 3.2.1方波产生电路图····················································5 3.2.2方波—三角波转换电路图············································5 3.2.3正弦波电路图······················································6 3.2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图····························6 4 理论分析及计算····························································7 4.1方波发生电路··························································7 4.2方波—三角波··························································7 4.3正弦波································································7 5 仿真结果分析······························································8 5.1仿真结果······························································8 5.1.1方波、三角波产生电路的仿真波形如图所示····························8 5.1.2方波—三角波转换电路的仿真·······································10 5.1.3三角波—正弦波转换电路仿真·······································11 5.1.4方波—三角波—正弦波转换电路仿真·································12 5.2结果分析·····························································13 6 设计总结和体会···························································133 7 参考文献·································································144

I

模拟电子课程设计

1 课程设计的目的与作用

1.巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。 2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

3.通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件;初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4.了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。

5.培养严肃、认真的工作作风和科学态度

2 设计任务及所用multisim软件环境介绍

2.1 设计任务

设计能产生方波、三角波、正弦波的函数信号发生器电路

1)输出各种波形工作频率范围：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。 2) 输出电压：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。 3) 波形特征：幅度连续可调，线性失真小。

4)选择电路方案，完成对确定方案电路的设计;计算电路元件参数与元件选择、并画出各部分原理图，阐述基本原理。

2.2 所用multisim软件环境介绍

2.2.1 Multistim 10简介

Multistim是美国IIT公司推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的应用。

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2.2.2 Multistim 10主页面

启动Multistim 10后，屏幕上将显示主界面。主界面主要由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏、使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。

2.2.3 Multistim 10元器件库

Multistim 10提供了丰富的元器件，供用户构建电路图时使用。在Multistim 10的主元器件库中，将各种元器件的模型按不同的种类分别存放若干个分类库中。这些元器件包括现实元件和虚拟元件。从根本上说，仿真软件中的元器件都是虚拟的。这里所谓的现实元件，给出了具体的型号，它们的模型参数根据该型号元件参数的典型值确定。现实元件有相应的封装，可以将现实元件构成的电路图传送到印刷电路板设计软件Uliboard 10中去。而这里所谓的虚拟元件没有型号，它的模型参数是根据这种元件各种型号参数的典型值，而不是某一种特定型号的参数典型值确定。虚拟元件的某些参数可以由用户根据自己的要求任意设定，如电阻器的阻值，电容器的容值以及三极管β值等，这对于教学实验的仿十分方便。虚拟元件没有相应的封装，因而不能传送到Uliboard 10中去。另外，Multistim 10的元器件库还提供一种3D虚拟元件，这是Multistim以前的版本并没有。这种元件以三维图形的方式显示，比较形象，直观。Multistim 10还允许用户根据自己的

需要创建新的元器件，存放在用户元器件库中。如图1所示

图1 Multisim 10 主界面

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2.2.4 Multistim 10虚拟仪器

Multistim 10提供了品种繁多，方便实用的虚拟仪器。取用这些虚拟仪器，只当连接在构建的电路图中，可以将仿真的结果以数字或图形的方式实时显示出来，比较直观。虚拟仪器的连接和操作方式与实验室中的实际仪器相似，比较方便。点击主界面中仪表栏的相应按钮即可方便地取用所需的虚拟仪器。元件工作栏如图2所示，虚拟仪表栏如图3所示。

图2 元件工具栏

图3 虚拟仪表栏

2.2.5 Multistim 10分析工具

分析菜单如图4所示。

图4 分析菜单

3 电路模型的建立

3.1原理分析

函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。由

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运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。

图1 函数信号发生器框图

1、方波—三角波—正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，其结构如图1所示。他利用比较器产生方波输出，方波通过积分产生三角波输出， 三角波通过差分放大电路产生正弦波输出。

2、利用差分放大电路实现三角波—正弦波的变换

波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示

图 2 三角波和正弦波得转换示意图

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由图2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。

3.2函数信号发生器各单元电路的设计

3.2.1方波产生电路图

3.2.2方波—三角波转换电路图

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3.2.3正弦波电路图

3.2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图

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4 理论分析及计算

4.1方波发生电路

方波发生电路构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。使产生的频率范围在10~~100Hz。

方波振荡周期 T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

R1=7K，R3=7K ，R4=7K。

振荡频率 f = 1/T。可见，f与C1成反比，调整电容C1的值可以改变电路的振荡频率。图中稳压管 D1 D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2=14V。

4.2方波—三角波

方波——三角波电路中构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。运算放大器U1与电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。

图中R6在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以调节可变电容C2。

三角波部分参数设定如下：

对于输出三角波 其振荡周期 T = (4 R5 R6 C2) / R3 ，f = 1/T。 而要调整输出三角波的振幅，则需要调整可变电容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。

4.3正弦波

改变输入频率，是电路中的频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图5中当改变输入频率后，三角波与正弦波的幅度将发生相应改变。由于

振荡周期 T = (4 R5 R6 C2) / R3，

C2为调节三角波的幅度使UP-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值UP-P = 3V。 三角波→正弦波的变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。

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5 仿真结果分析

5.1仿真结果

5.1.1方波、三角波产生电路的仿真波形如图所示

方波仿真图形

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三角波仿真图形

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5.1.2方波—三角波转换电路的仿真

方波—三角波转换电路的仿真图形

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5.1.3三角波—正弦波转换电路仿真

三角波—正弦波转换电路仿真图形

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5.1.4方波—三角波—正弦波转换电路仿真

方波—三角波—正弦波转换电路仿真图形1

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方波—三角波—正弦波转换电路仿真图形2 5.2结果分析

输出电压

方波信号接入示波器仿真，调节C1，得方波峰峰Vpp=14 V;

撤除方波信号并接入三角波信号，调节C2，测得三角波峰峰值Upp=5 V; 将正弦波信号接入示波器，调节R10，测得正弦波峰峰值Upp=3V。

6 设计总结和体会

从课程设计开始就纠结实验方案，太简单感觉没啥意思，太难了又担心调试不出来。抱着试试看看的态度，先选了一个比较复杂的电路，连了半天才连出来，调试的时候发现没有达到效果。于是，接着该方案，越改越简单，最后一次课验收才通过。

模拟电子课程设计

通过这次的课程设计，我发现《模拟电子技术》这门课没有学好，理论知识掌握得不够牢靠，很多原理还不是很明白，电路的分析能力有待提高，需要更好的掌握各种数电以及模电的元器件原理性能参数，应提高自己查阅资料以及使用仿真软件Multisim，画图软件Altium Designer的能力。通过这次设计也使我得到了极大的锻炼。

在设计的过程中遇到了不少问题，虽然整体思路上时没有错误的，但是在细节方面把握不足，而设计一个电路重要的一面就是对细节的把握

这次课程设计，我通过操作可以较熟练地运用Multisim进行一些电路的仿真实验，并且能够运用一些虚拟仪器一些以理想化的数据进行分析，从而形象的理解各种电路的特点，从而可以利用其特点进行一些电路的设计。

实践是检验真理的唯一标准，本次课程设计让我对自己的专业有了更深层次的了解，也锻炼了我们以后作为一名电子工作者应该具备的素质。

7 参考文献

[1] 清华大学电子学教研组编. 杨素行主编. 模拟电子技术基础简明教程.3 版.北京：高等教育出版社，2006. [2] 童诗白主编.模拟电子技术基础.3版.北京：高教出版社，2001. [3] 李万臣主编.模拟电子技术基础与课程设计.黑龙江：哈尔滨工程大学出版

社，2001. [4] 胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京： 高等教育出版社，2000.

第四篇：模电课程设计报告——滤波器设计

滤波器的设计

——模拟电子电路课程设计报告

一：实验预习与查找资料：

1：滤波器是一种具有频率选择功能的电路，允许在一定的范围内的信号通过，对不需要的频率范围内的信号进行有效的抑制。滤波器在通信，信号处理，测控仪表等领域中有广泛的的应用。滤波器分数字滤波器和模拟滤波器，而模拟滤波器又分有源滤波器和无源滤波器。按滤波器的设计方案又分巴特沃思型，切尔雪夫型，椭圆函数型等等。

2：查找资料：《信号处理与滤波器的设计》，《电路与模拟电子学》，《模拟电子电路》等相关资料。

二：实验任务：

滤波器是限制信号的频率范围，用于提取有用信号、滤除噪声干扰信号、提高信噪比。 滤波器类型有无源滤波器和有源滤波器，其中又分为低通、高通、带通、带阻、全通等。滤波器的主要性能参数有：截止频率、下降速率、品质因素等。

1、要求完成原理设计并通过软件仿真部分

(1)低通滤波器电路，截止频率分别为300Hz、1KHz，衰减速率≥40dB/十倍频。 (2)高通滤波器电路，截止频率分别为300Hz、1KHz，衰减速率≥40dB/十倍频。 (3)带通滤波器，频率范围300Hz~3400Hz，衰减速率≥40dB/十倍频。

(4)四阶椭圆形低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求在200kHz处小于-50dB，-3dB通带误差不大于5%。

三：实验内容：

为满足设计要求：阻带衰减大于或等于40每10倍率。选择二阶即可满足要求。

1：二阶压控电压源低通滤波器：

A：截止频率为300HZ;

根据集成运放虚短虚断及电路结构，可导出传递函数的表达式为： A(S)=Uo(S)/Ui(S)= Ao*Wn*Wn/(s*s+Wn*s/Q+Wn*Wn)

Ao=1+R4/R3; Wn*Wn=1/R1R2C1C2 在设计参数时Q值分高Q值，中Q值，和低Q值。在本实验设计中取Q值为0。6 A0是电路的通带放大倍数，可在设计前选择，若实验结果不合理，再改变A0的值。 取 Q=0。6,A0=4， 通过以上公式可算出电路各元件参数的值,再通过仿真电路调整参数得出电路图如下:

在输入端接一电源,输出端接波特仪,显示滤波器的幅度频率特性如下:

图形分析: 在低频通带内为12.02DB,衰减3DB后为9.02DB.此时频率应该是300HZ,但是由于误差以及各方面的影响,从图中可以看出在9.223DB时截止频率为300.339HZ.此电路图可以再经过修改参数使得满足题目要求. 在高频截止段衰减达到了40DB每10倍率,符合题目要求.

B:截止频率为1000HZ : 设计过程同A: 通过公式得出各元件参数值,取Q=0。6，A0=2。通过仿真优化参数值得到电路图与波特图如下: 图形分析: 通带时为6DB,下降3DB后即3.055DB时频率为1000HZ.通带内起伏为0DB.此图有很大的误差,在通带到截止频率体现良好, 在高于1000HZ 到阻带截止频率衰减达到了40DB每10倍率.但是在很高频带内,由图可知出现了一高频不衰减带区,内起伏0DB.没有了衰减.所以此滤波器不符合要求,只因时间关系没有再修改.应该通过再修改参数使得在高频段都是衰减.

2二阶压控电压源高通滤波器：

A：截止频率为300HZ;

高通滤波器与低通滤波器具有对偶关系,只要把上面低通滤波器的电路图中的电阻,电容互换,就可以得到二阶压控电压源高通滤波器. 根据集成运放虚短虚断及电路结构，可导出传递函数的表达式为： A(S)=Uo(S)/Ui(S)= Ao*s*s/(s*s+Wn*s/Q+Wn*Wn)

Ao=1+R5/R4 Wn*Wn=1/R1R2C1C2 取 Q=0。6,A0=2,通过以上公式可算出电路各元件参数的值,再通过仿真电路调整参数得出电路图如下: 图形分析: 在通带内即高频段衰减为0DB,所以一直维持为6.10DB.衰减3DB时为3.10DB.此时为截止频率300HZ.图中在3.011DB时频率为312.651HZ.与理想的设计有一定的误差.阻带内衰减满足40DB每10倍率.此滤波器总的来说比较符合要求.

B:截止频率为1000HZ :

设计过程同A: 通过公式得出各元件参数值, 取Q=0。6,A0=2。通过仿真优化参数值得到电路图与波特图如下:

图形分析：低频段衰减大40DB每10倍率，满足设计要求。在通带内摔减为0DB，一直维持为6DB。衰减到3DB时频率为1。053KHZ。大体符合要求。但是在高频的通带内出现一衰减频段为8DB每10倍率。之后又变成一通频带。所以此滤波器有很大欠缺。需要进一步改进。

3：带通滤波器，频率范围300Hz~3400Hz，衰减速率≥40dB/十倍频。

带通滤波器是由一低通滤波器和一高通滤波器合成。

根据集成运放虚短虚断及电路结构，可导出传递函数的表达式为：

A(S)=Uo(S)/Ui(S)={ Ao* (1+s*s/W0*W0)}/(1+ s /W0*Q+ s*s/W0*W0)

Ao=1+R5/R4 W0=1/RC 取 Q=0。6,A0=2,通过以上公式可算出电路各元件参数的值,再通过仿真电路调整参数得出电路图如下: 图形分析：

本电路图是由两个运算放大器构成，其中第一段就是一个低通滤波器，第2段是一高通滤波器。

幅度频率特性图如下：

图形分析：带通的通带为300到3400HZ，通带为12。3DB。衰减3DB时为截止频率，图中有一定的误差，低频到9。246DB，FL=299。797HA。高频段衰减到9。248DB时 FH=3。464JKHZ。

4：圆形低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求在200kHz处小于-50dB，-3dB通带误差不大于5%。

此滤波器的设计是通过滤波器设计软件，把要设计的参数调整好，如下图：

设计出来的电路图如下;

再连接而成，经过修改参数，调节波形而得下电路图：

四：报告总结与心得。

此次课程设计是我们第一次要求完成设计，仿真，优化，硬件，并写报告总结的。从次设计中学到了很多东西，过去学了模拟电路，但是并没有真正的去用运它。也在此次设计中发现了自己的缺点与不足，很多东西学完了就没有去用，而一旦用起来才发现自己好多好多东西不懂，学的只是课本上的东西，而且只是应付考试。通过这次设计让我明白考试只是一种形式，而不能真正的检测到一个人学到了什么东西，而要通过不断的实践，在实践中，动手中去学东西，去学好并掌握好东西。才能在以后的社会中用到，为以后的工作做好基础。一开始做，什么都不懂，后来漫漫的理解了很多东西。因为时间关系，做的很不理想，但是从中体会到的东西，我想在以后的课程设计中，我会运用到，并且尽自己最大的努力把它做好。

第五篇：模电课程设计

安阳师范学院

综合设计性实验报告

课程名称 模拟电子技术课程设计 实验名称 串联型直流稳压电源 学生学院 物理与电气工程学院 专业班级 11级自动化2班 学 号

111102063

学生姓名 刘晨阳

指导教师 冯丽娜

2012 年12 月13日

一、题目名称：串联型直流稳压电源

要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。 指标：

1、输出电压6V、9V两档，正负极性输出;

2、输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA;

3、纹波电压峰值▲Vop-p≤5mv;

二、方案设计及电路框图

1、方案比较

方案一：如图1，先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成(如图2)，以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起RL两端电压的变化增大(减小)时，晶体管发射极电位将随着升高(降低)，而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所以由可知将减小(升高)导致基极电流和发射极电流的减小(增大)，使得R两端的电压降低(升高)，从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。

图1 方案一的稳压部分电路

方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样采用四个二极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容组成，先用一个较大阻值的电解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。滤波后的电路接接稳压电路，稳压部分的电路如图3所示，方案二的稳压部分由调整管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。当采样电路的输出端电压升高(降低)时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低(升高);由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低(升高)，从而使输出电压得到稳定。

图2 方案二稳压部分单元电路

对以上两个方案进行比较，可以发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大，而第二个方案使用了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。

2、电路框图

整体电路的框架如图3，先有22V-15V的变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小的单元电路组成的稳压电路，稳压后为了进一步得到更加稳定的电压，在稳压电路后再对其进行小小的率波，最后得到正负输出的稳压电源。

图3 串联型直流稳压电路方框图

(1)变压器的设计和选择

本次课程设计的要求是输出正负9伏和正负6伏的双电压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，而 12-3=9V为输出最大电压，6V 为最小的输入电压，以饱和管压降 为3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V,故可以选择220V-15V的变压器

(2)整流电路的设计及整流二极管的选择

由于输出电流最大只要求500mA，电流比较低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成，具体电路如图4所示。

图4 单相桥式整流电路

二极管的选择：当忽略二极管的开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管的平均电压为 0.9V 其中15V为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 U0=15×0.9=13.5v。

对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为15V ，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是15×错误!未找到引用源。 ，即为21.1V。 考虑电网波动(通常波动为10%，为保险起见取30%的波动)，最大反向电压应

27.4V。在输出电流最大为500mA的情况下我们可以选择额定电流为1A，反向耐压为1000V的二极管IN4007。

(3)滤波电容的选择

当滤波电容偏小时，滤波器输出电压脉动系数大;而偏大时，整流二极管导通角θ偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围，由前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为15V，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路的负载为30 欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：

来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下， T为20ms则容的取值范围为1250-2083uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V的铝电解电容

(4)稳压电路的设计

稳压电路组要由四部分构成：调整管，基准稳压电路，比较放大电路，采样电路。当采样电路的输出端电压升高(降低)时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低(高);由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低(升高)，从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大，达到500mA，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管，调整管的击穿电流必须大于500mA，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于12-6=3V，考虑到30%的电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于10V，最小功率应该达到 10×0.5=5W。综合以上参数，我们可以选用功率三极管TIP41，它的最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V，远远满足调整管的条件。负极的调整管则选择与之相对应的的中功率三极管TIP42。基准电路由1个4.3v IN4731A的稳压管进行稳压和4.7KΩ的保护电阻组成。由于输出电压要求为6伏和9伏，如果采样电路取固定值则容易造成误差，所以采样电阻最好应该做成可调的，固采样电路由两个电阻和一个可调电阻组成，根据公式：

如上图，把R2= 10Ω( 相当于公式中的R1),R7=1kΩ(相当于公式中的R2),R3=620Ω,错误!未找到引用源。=4.3V代入以上公式可求的电路的输出电压为4.255-11.118V。可以输出6V和9V的电压，运放选用工作电压在12V左右前对电压稳定性要求不是很高的运放，由于LM358的工作电压可达+15V～- 15V，范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大，所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需再对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个47uf的电解电容，这样电源不容易受到负载的干扰。使得电源的性质更好，电压更稳定

(5)保护电路

过流保护电路能够在稳压管输出电流超过额定值时，限制调整管发射极电流在某一数值或使之迅速减少，从而保护调整管不会因电流过大而烧坏。在过流时使调整管发射极电流迅速减小到较小数值的电路，称为截流型过流保护电路。如下图(a)所示为截流型过流保护电路，T1为调整管，Ro为电流采样电阻，它与T2,R1和R2构成保护电路，当Io增大，UBE2将随之增大。未过流时，UBE2< Uon ，使T

2截止。当Io增大到一定数值或输出端短路时，T2导通，对调整管T1的基极分流，使Io减少，从而导致输出电压Uo减少;此时虽然UB随Uo的下降而下降，但是Uo下降的幅值大于UB，使得T2的电流进一步增大，T1的电流进一步减少，最终减少到较小数值。输出特性如下图(b)所示。通常，在截流型过流保护电路启动后，均有一个正反馈过程，使输出电流迅速减少。

。

四、总体的电路图

五、电路的调试及仿真数据

正负输出的可调的最大值和最小值电压数据如下图：

理论值为4.215-11.117V，而实际的测量值存在很小的误差，原因是由于可调电阻的实际调节范围偏大，导致输出电压偏大。

调节可变电阻，可以得到课程设计所要求输出的6V和9V的电压，仿真数据如上。

电压的直流电波形为标准的直线，达到设计的要求 而实际测量时也是这样，输出波形基本为一条直线

电路输出纹波波形纹波电压在1.8mV左右，比要求的5mV要低，而实际测量时，纹波的电压只有0.9mV，远远低于所要求的5mV，所以符合要求。

六、总结

本课程设计运用了模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，总结如下：

优点：该电路设计简单。输出电压稳定，纹波值小，而且使用的元件较少，经济实惠，输出功率大，调整管可承受的范围也很大，也有保护电路，当电路由于偶然原因出现较大的电流时，有可能造成损害，所以使得电路故障率降低了。

缺点：对电阻的选择，我们有的极端，只因没有1.5欧电阻了，所以这个电路中的R4=R12=1.5欧的电阻用两个4.7欧的电阻并联得到，与实际有点不符。

改进：可以在稳压电路那里接一个调整管的安全工作区保护电路。这样可使调整管既不因过电流而烧坏，又不因为过压而击穿。保护电路将更好!

心得体会：通过这次课程设计，我对于模电知识有了更深的了解，尤其是对与线性直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究，希望以后有空还是再做做开关直流电源，让自己更熟悉这方面的知识。理论与实践得到了很好的结合，在做仿真实验时很成功，但是仿真还是存在一定的错误，需要自己再耐心的思考和修改!而这个过程中跟组员合作也是一个合作能力的培训，曾我们大家的意见不一致时大家不停地争论，而最后还是能得到最完美的结论!同时在做课程设计过程中，遇到不懂的地方，又让我们明白到请教的重要性!所以很感谢师兄的指导。