模电II综合设计实验报告

模电II综合设计实验报告

一、实验目的

1、加深对集成运算放大器基本特性的认识。

2、熟悉集成运算放大器在基本运算电路中的应用和电路的设计方法。

3、学习用集成运算放大器构成方波和三角波等的发生器。

4、掌握集成运算放大器的正确安装和测试方法。

5、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

二、设计任务与要求

1、使用四运放芯片LM324设计脉宽调制波产生电路。

2、用Multisim进行仿真，确保各级电路的结果符合设计要求。

3、搭接实验电路做到加法电路，测量各级电压输出值及输出波形。

4、电路需要实现以下功能：

三、实验原理

1、实验原理框图

2、原理框图说明

图中要求加法电路的输出电压，经过滤波器滤除频率分量，选出峰-峰值等于9V的正弦信号，且满足用示波器观察无明显失真现象。信号在经过比较器后在1kΩ负载上得到峰-峰值为2V的输出电压。

四、设计原理和计算过程

1、设计思路

2、计算过程

①震荡器：

可以利用滞回比较器产生三角波电路。以下为原理图：

代入上式计算可得R1=11kΩ，R2=30kΩ，R3=2kΩ，R4=12kΩ，C1=0.022μF。

于是得出以下电路：

其中u o端接入稳压管起稳定电路作用。

我们将利用全加器的扩展电路来实现功能，原理图如下：

由以上原理经计算，可以设计出如下电路：

正弦信号u i1的频率是0.5kHz，三角波u o1的频率是2kHz ,滤波器应当滤去u o1分量，所以我们将采用低通滤波器，而且为了获得更好的滤波效果，应当采用二阶有源低通滤波电路。原理如下：

此图为标准二阶有源低通滤波电路，这是其正弦传递函数的求解方法

④比较器：

我们采用了单线比较器，可以判断同向端和反向端的输入电压中较高的那一个。以同向输入端电压V + 为参考电压，反向输入端电压为V − ，当V − > V + 时，输出低电平，反之输出高电平。电路图如下：

五、实验电路图

六、实验电路仿真结果

1、方波波形

2、三角波发生器输出波形：

输出三角波峰-峰值约为4V，周期约为0.5ms,满足实验要求。

3、加法器输出波形：

4、滤波器输出波形图：

七、实验测试结果和分析

1、实物图与波形图

经过调试，加法器实际输出波形如下：

u o1端口：

u o2端口：

2、实验结果分析

（1）三角波产生电路的波形与理论值基本相符，峰峰值为 4.76V，

周期为476.0μs，在误差范围之内(±5%)加法器电路是基于全加器的扩展电路，与理论值相符。

（2）滤波器基本将2.0kHz的波过滤( T = 2ms说明剩下了500Hz的波)，电压增益为5，经过放大峰峰值大于9V，满足题目要求。

（3）比较器输出波峰峰值大约是2V，在误差范围内，但最终波形有毛刺，可能是由于单限比较器性能较差，产生反转次数较多不稳定，可以用迟滞放大器可改善。

实物阶段由于只搭建了电路的前两个结构，所以只有三角波与加法器的波形。三角波4V的峰峰值加上10 倍峰峰值0.2V的正弦波，总峰峰值约为6V 左右，实际测得峰峰值约为6.7 V，在误差范围内。但是正弦波部分的峰峰值稍微偏小，应使正弦波放大倍数增加。

3、二者不同的原因

（1）其中集成运放并不是理想的，会对结果产生影响。

（2）在信号源的使用过程中，实际正弦波发生器会有一定的外界噪声输入，三角波电路发生器也会有噪声、杂信号等输入进电路，经过加法器叠加后输入到示波器，影响我们要观察的信号，从而使仿真结果和实验测试结果产生差异。

（3）利用软件进行仿真时各种元器件都是在理想条件下的标准元器件，实际搭接电路时所使用的元器件和仿真时有差异（例如某些特殊数值电阻、电容的替换）导致实验电路和仿真电路参数上不同，影响输出结果和波形，造成差异。

八、方案优缺点及改进意见

1、优点分析

①严格遵照模拟电路教材上所提供三角波发生电路搭接，并适当调整，以正确输出。

②电路整体上层次分明，加法器电阻配置合理，保证输出波形不失真。

③电路搭接简单，明了有效。

2、缺点分析

部分参数设计，和实验室所提供的原件并不完全吻合，导致实际结果与仿真结果有出入。

3、改进意见

可以根据输出波形，改变电路的实际参数，以适应实验室提供的原件。也要多加小心对面包板的操作。

九、心得体会

本次的课程设计,培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力;我觉得课程设计对我们的帮助是很大的。它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来、加强我们对学过的知识的实际应用能力!在设计的过程中还培养出了我们的团队精神,同学们共同协作、解决了许多个人无法解决的问题:在今后的学习过程中我们会更加努大力和团结:但是由于水平有限,我们的课程设计难免会有一些错误和误差、还望老师批评指正。总之在这次实验中受益匪浅。

通过这学期的模电实验课程，让我学习到了很多之前不知道的知识，在理论课程学习的基础上，通过实验的方式更加直观的体现了理论依据。模电这门课程不仅仅让我学到了专业课程的知识，更让我理

解了很多的学习方法，这些学习的方法不仅在模电这门课程上能够得到很好的使用，在今后我的其他课程的学习中，更能教会我怎么从开始的一无所知到最后详细的去了解一门课程。并且，模电实验这门课程充分得磨练了我的性格，因为我一直是个性格比较急躁的人，没有什么耐心，但是模电实验却是一个需要静下心来仔仔细细去认真完成的东西，所以在每次的实验做不出自己想要的结果的时候，虽然有时候很急躁，但是都还是鼓起勇气一次次的做下去，对我以后的人生也有很大的帮助。