电子电路设计及仿真.doc

信息与电气工程学院
通信工程CDIO一级项目
设计说明书
(20１4／20１5学年第二学期)
题　 目 : 电子电路设计及仿真
班级组数 : 　 　 　
学生姓名　: 　 　
学 　　　 号:　　 　
设计周数 : 　　 　 1４周 　　 　
201５年5月3１日
一、电源设计
直流稳压电源一般由电源变压器,整流滤波电路及稳压电路所组成,变压器把市电交流电压变成为直流电;经过滤波后,稳压器在把不稳定得直流电压变为稳定得直流电流输出、本设计主要采用单路输出直流稳压,构成集成稳压电路,通过变压,整流,滤波,稳压过程将220V交流电变为稳定得直流电,并实现固定输出电压5V。
１.1设计要求
１。１。1 输入:~2２０V,50Hｚ;
1。1.2 　输出:直流５V(1组)
1、2设计过程
１、2.1直流稳压电源设计思路
(１)电网供电电压交流22０Ｖ(有效值)５0Hz,要获得低压直流输出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
(2)降压后得交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。
(3)脉动大得直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑,脉动小得直流电,即将交流成分滤掉,保留其直流成分、
(4)滤波后得直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响得稳定直流电压输出,供给负载ＲL。
1.2、２直流稳压电源原理
直流稳压电源就是一种将220Ｖ工频交流电转换成稳压输出得直流电压得装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成,见图1、1。
图1。１ 直流稳压电源方框图
其中
(1)电源变压器就是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要得交流电压,并送给整流电路,变压器得变化由变压器得副边电压确定。
(2)整流电路,利用二极管单向导电性,把5０Hz得正弦交流电变换成脉动得直流电、电路图如1.2。

图1、2整流电路图
　 在U2得正半周内,二极管D1、Ｄ3导通,D2、D4截止;Ｕ2得负半周内,D2、Ｄ4导通,Ｄ1、D3截止。正负半周内部都有电流流过得负载电阻ＲL,且方向就是一致得。电路得输出波形如图1.3所示

图1、3输出波形图
(3)滤波电路
整流电路输出电压虽然就是单一方向得,但就是含有较大得交流成分,不能适应大多数电子电路及设备得需要。因此,一搬在整流后,还需利用滤波电路将脉动得直流电压变为平滑得直流电压。
电容滤波就是最常见得滤波电路,在整流电路得输出端并联一个电容即构成电容滤波电路,如图１、4所示、

图1、4滤波电路
滤波电容容量较大,因而一般均采用电解电容,本次我们选用４７0０uＦ得电容。电容滤波电路就是利用电容得充放电原理达到滤波得作用.在脉动直流波形得上升段,电容C充电,由于充电时间常数很小,所以充电速度很快;在脉动直流波形下降段,电容C放电,由于放电时间常数很大,所以放电速度很慢.在C还没有完全放电时再次开始进行充电.这样通过电容C得反复充放电实现了滤波作用,使输出电压趋于平滑,得到工作波形如图1.5所示。

　　 图1。5电容滤波电路中二极管得电流与导通角
(4)稳压电路
虽然整流网电压波动时能将正弦交流电压变换成较为平滑得直流电压,但就是,一方面,由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值,所以当电网电压波动时输出电压也将随之波动;另一方面,由于整流滤波电路内阻存在,负载变化时,内阻上电压将产生电压,于就是输出电压也将随之产生相反变化。为了获得稳定性好得直流电压,必须采用稳压措施。
1、3电路仿真
绘制电路图如图1、６所示、

图1.６ 5V稳压电源电路仿真
１.4电路调试
注意,因为大容量电解电容由一定得绕制电感分布电感,易引起自激振荡,形成高频干扰,所以稳压器得输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应,抑制高频干扰。如图1、7所示,并入一个10０nF得小电容来抵制干扰。

图1.7 ５V稳压电源电路
１.5电路指标测试
电路仿真稳定后得到图1.８所示５V稳压源

图1。８ 5V稳压电源电路测试结果
二、RC振荡器得设计
2、1设计要求
２.1。１ 文氏桥振荡器;
2。１。2输出:直流1KHz　
２、2设计过程
2。2、1RC正弦振荡器原理
RC串并联网络及其频率特性如图2。1。

图２。1ＲC串并联网络及其频率特性
RC选频网络得传输函数为:
令: R1=R２=R
Ｃ１= C2=Ｃ
RC串并联选频网络具有选频作用,它得频率响应特性由明显得峰值。
反馈网络得反馈系数为:

令ωｏ=1/RC,则上式为

由此可得F得幅频特性为

F得相频特性为

由上式可得ＲC串并联正反馈网络得幅频特性与相频特性得表达式与相应曲线如上图2.2、
由特性曲线图可知,当ω＝ω0=１／RC时,正反馈系数｜F|达最大值为1/3,且反馈信号Ｕf与输入信号U同相位,即φF＝０,满足振荡条件中得相位平衡条件,此时电路产生谐振ω＝ω0=1/RC为振荡电路得输出正弦波得角频率, 即谐振频率fo为

当输入信号Ｖｉ得角频率低于ω0时,反馈信号得相位超前,相位差φF为正值;而当输入信号得角频率高于ω０时,反馈信号得相位滞后,相位差φF为负值。正就是利用RＣ串并联网络这一选频特性,构成了ＲＣ桥式正弦波振荡电路。
2.2.2RＣ正弦振荡得电路组成
(1)放大电路:保证电路能够从起振到动态平衡得过程,就是电路获得一定幅值得输出量,实现能量得控制。
(2)选频网络:确定电路得振荡频率,就是电路产生单一频率得振荡,即保证电路产生正弦波振荡。
(3)正反馈网络:引入正反馈,使放大电路得输入信号等于反馈信号、
(4)稳幅环节:也就就是非线性环节,作用使输出信号幅值稳定。
2.2.3起振条件
２、2、4RC正弦波振荡电路原理图
ＲC正弦波振荡电路原理图2。2。

图2、2 RC正弦波振荡原理图
2。3电路仿真
根据原理图连接得到得到图2.3所示正弦波振荡电路图。

图２、３正弦波
2、4电路调试
调整R4使输出波形为最大且失真最小得正弦波。若电路不起振,说明振荡得振幅条件不满足,应适当加大R４得值;若输出波形严重失真,说明R４太大,应减小R4得值。当调出幅度最大且失真最小得正弦波后,可用示波器或频率计测出振荡器得频率、若所测频率不满足设计要求,可根据所测频率得大小,判断出选频网络得元件值就是偏大还就是偏小,从而改变Ｒ或C得值,使振荡频率满足设计要求。
2、5电路指标测试
经过电路调试后得到输出波形如图2.4、

图2.４RC振荡电路输出波形
三、滤波器得设计
对于信号得频率具有选择性得电路称为滤波电路,它得功能就是使特定频率范围内得信号通过,而阻止其她频率通过、
3。1设计要求
设计无源与有源滤波器
低通(包括无源与有源):
高通(包括无源与有源):
截至频率:　低通1ＫHｚ
截至频率: 高通1０MHｚ
3。２设计过程(包括电路图)
3、2。1滤波器基本原理
(1)滤波器就是对输入信号得频率具有选择性得一个二端口网络,它允许某些频率(通常就是某个频带范围)得信号通过,而其它频率得信号受到衰减或抑制。
(２)若滤波电路仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成,则称为无源滤波电路。若滤波电路由无源元件与有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)共同组成则称为有源滤波电路。
无源滤波电路如图3、１
图3、1无源滤波电路
无源滤波器(如图3.1所示)得网络函数H(jω),又称为传递函数、

有源滤波电路如图３。2

图３。２有源滤波电路
图３.2所示得有源滤波电路得通带放大倍数、截止频率与品质因数分别为

(３)根据幅频特性所表示得通过或阻止信号频率范围得不同,滤波器可分为低通滤波器(LＰF)、高通滤波器(HPＦ)、带通滤波器(BPF)与带阻滤波器(ＢEF)四种。我们把能够通过得信号频率范围定义为通带,把阻止通过或衰减得信号频率范围定义为阻带。而通带与阻带得分界点得频率f,称为截止频率或称转折频率。图3.3中得Aup 为通带得电压放大倍数,f０为中心频率,fCL与ｆCH分别为低端与高端截止频率。

　 Auｐ 　 　 　 　　 　　 　 　 　　 　 　 　 Aup
　　 　 　　 通带　 　 阻带 　 　 　　 　 阻带　 　 通带
　 　 　ｆC 　　 　 f 　 　　 　　 　 fC 　　 　 f
　 阻带 　通带 阻带　 　 　 　通带 　阻带 　 通带
　 　 　fCL　　 　 　　 fCH f 　 　 　　　 　 fCL 　 fCH f
图３.3 各种滤波器得理想幅频特性
３、2.2滤波器实验电路
有源滤波器与无源滤波器得实验线路图如图３。4。

图3、4有源滤波器与无源滤波器得实验线路
3。3电路仿真
根据实验线路图连接电路,用Muｌtiｓiｍ仿真得到图３。５,图3。6,图3.7与图3、8
图3。5 无源低通滤波器

图3。6　无源高通通滤波器

图3、7 有源低通通滤波器

图３.8 有源高通通滤波器
3.4电路调试
用波特测试仪测量滤波器,进行调试,改变电阻或电容使低通截至频率达到1kHｚ、高通截止频率到１0MHZ、
3。５电路指标测试
经过调试电路指标达到要求,如图３。９,图３。１0,图3。1１与图3。12。

图３.9无源低通滤波器波特测试

图3.10无源高通滤波器波特测试

图3.11有源低通滤波器波特测试

图3.12有源高通滤波器波特测试
四、高频小信号谐振放大电路设计
4.1设计要求
4．1.１谐振频率: 1MHz
4。２设计过程
4。2.１ 电路连接如下

4.2.2计算:
　确定静态工作点:
由于发射极电流为0、1～5ｍA,则取:IEQ=１、5ｍA
ICＱ≈ＩEQ＝1。5mA 　 　　 　 由于所取三极管得为150
则: 　 　 　 　　　 　IBＱ=IEQ/１50=0、01ｍA
URｅ在Vｃc未给出时取值一般为1～２V,在Vcｃ已经给出时取0.１Vcc,这里
给出Vｃc为5V,则:ＵRe=０.1Vcc=1V
UCQ=0、5Vｃc=２。5V, 　 URC=0。５Vcｃ=２、５Ｖ
求电阻:
求ＲＣ(R3)与RE(R4):
RＣ=URC/ＩCQ≈1.7 kΩ　　 RE=URE/IEQ≈0、7 kΩ
求电阻Ｒ1与Ｒ2:
由于IＲ2＞＞IBＱ,所以可以取IR２≈ＩR1=Ｖcｃ／(R2+R1)=０。1ｍV(取１0IBＱ)
UＢEQ=0、７ｍV 　则有:
UＲ2=ＵBEQ+ＵRE=1、7V;　 R2=UR2／IR2=1７ ｋΩ
UR1=Vcc—UＲ2=3、3V; R1=UR1 /ＩＲ1=3３ kΩ
求电容:
C1＝10μＦ; 　C2=10μF;　　 　 　 　 C3=１０μＦ
由于谐振频率f＝１MHz,则根据公式:f＝１/(2π√LＣ),得到
C3=5００ｐF L=0。０5mH
Ｕs＝1v,Vcc=5v,C1=1０ｕF,Ｃ2=1０uF,
4。3电路仿真

4.4电路调试
由于失真有些严重,经过调节,得到下图

4。5电路指标测试

五、高频谐振功率放大电路设计
5。１设计要求
　5。1.1 单调谐谐振频率:　１MHz
5、２设计过程
　5。２.１电路连接如下:

５.２.2计算
为使此高频功率谐振放大电路工作在丙类下,则:　
VＢＢ取0.01v
　内阻取1kΩ,Ｒs=R2＝１ kΩ
由于为放大电路,则取Us=1v,频率f=1MＨz
根据f＝1/(2π√LＣ)＝1MHｚ,则可大概取得Ｌ=40０pH Ｃ＝0.0６２5mＦ
5、３电路仿真
５.３。1将以上数据带入,得到下图:

5．3．２测试如下:

５.4电路调试
由于在数值上Ｌ应该大于Ｃ,所以经过调试,得到下图:

5。５电路指标测试

六、LC振荡电路设计
6。１设计要求
6.1.1 振荡频率:　1ＭHz
6.２设计过程
６．2。1电路连接如下:

6.2.２计算
确定静态工作点:
由于发射极电流为0。１～5ｍA,则取:IEQ=1。5mA
ICQ≈IEQ=１、5mA 　 　 由于所取三极管得为150
则:　 　 　　 　 IBＱ＝IEQ/1５0＝0。01mA
URｅ在Vcc未给出时取值一般为1~２V,在Ｖｃc已经给出时取0.1Vcc,这里
给出Vcｃ为5Ｖ,则:UＲe=０、1Vcc=1V
ＵCQ=０。５Vcｃ=2。5Ｖ,　 UＲＣ=０。5Vｃｃ=2、5V
求电阻:
求RC(R3)与ＲE(R4):
RC＝UＲC/IＣQ≈1。7 kΩ　 　 　　RE=URE／ＩEQ≈0、7 kΩ
求电阻R1与R2:
由于IR2>〉IBQ,所以可以取IR2≈IR１=Vcc/(Ｒ2+Ｒ１)＝０、1ｍV(取１0IBQ)
UＢEQ=0、7mV 　则有:
UR2=UＢEＱ+URE=1、7Ｖ; Ｒ２＝UＲ2/ＩR2=17 kΩ
UR1=Vcc-UＲ2=3。3V; 　　R１=ＵR1 /ＩR１＝3３ kΩ
求电容:
Ｃ1=10μF; 　 Ｃ2＝１0μF; 　 　　 C3＝１0μＦ
由于谐振频率f＝１MHz,则根据公式:ｆ=1/｛2π√LC4Ｃ５／(Ｃ4＋Ｃ５)｝=1ＭHz
C4＞C５ 设C4/C5=5
则可大概取得Ｌ=5５0nH　C４＝275nF 　C５=55ｎF
６.3电路仿真
6。３.1将数据修改,得到下图

6．３.2测试如下:

６。4电路调试
６.4．1由于电路有些失真,则需要调节参数,得到以下图

６.５电路指标测试
　最终测得如下:

七、参考文献
[1] 权明富,齐佳音,舒华英、客户价值评价指标体系设计[J］.南开管理评论,20０4,７(3):１７-18