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1、精品学习资源反馈式稳幅电路课 程 设 计 报 告题目：反馈式稳幅电路设计专业：电子信息工程班级：11 电子信息（ 2）班欢迎下载精品学习资源任务书课题名称指导老师（职称）反馈式稳幅电路设计执行时间同学姓名学号2021 2021 学年 第 二 学期 第 15 周承担任务孟志远1109121095整个方案地构思与实施及仿真许定可1109121112整个方案地构思与实施及仿真张书彪1109121119整个方案地构思与实施及文档整理王广鑫1109121104设计场效应管及运算U0 参数徐进进1109121110制作电路 CAD 原理图及设计场效应管杜荣锦1109121077设计反相比例运算电路张松11
2、09121120设计半波精密整流电路吴昊1109121108设计二阶低通滤波器设计目地1、学习反馈式稳幅电路地设计方法； 2、讨论反馈式稳幅电路地设计方案.1 、技术指标：要求输入电压波动20%时，输出电压波动小于欢迎下载精品学习资源0.1% ；输入信号频率从50 2000 HZ变换时，输出电压波动小于欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源设计要求0.1 %；负载电阻从 10k变为 5k，输出电压波动小于0.1%.2、设计基本要求（1） 设计一个输出反馈式稳幅电路；（2） 拟定设计步骤；（3） 依据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 要求绘出原理图；（5） 撰写设计报告 .
3、反馈式稳幅电路摘要欢迎下载精品学习资源反馈电路在各种电子电路中都获得普遍地应用,反馈是将放大器输出信号电压或电流 欢迎下载精品学习资源地一部分或全部 ,回收到放大器输入端与输入信号进行比较相加或相减 ,并用比较所得地有效输入信号去掌握输出,这就是放大器地反馈过程.反馈式就是利用反馈电路掌握电压 变化，稳固电压地幅度变化，从而达到稳幅地作用. “稳幅 ”就是稳固幅度，例如4V 直流电它地幅度是 4，有地电路他地电压是不稳固地，在4 V 左右变化，稳幅电路地作用就是使电压变化地幅度变小 .本文设计地反馈式稳幅电路主要包括四个部分，分别是反相比例运算电路，半波精密整流电路，二阶低通滤波器电路和场效应
4、管.反馈式稳幅电路要求我们弄懂当输出电压变化时，输出电压基本不变.关键词：反馈；反馈式；稳幅.目录第一章 绪论 . - 3 -其次章 电路框图地设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 4 -2.1 设计原理框图 . - 4 -2.2 设计分析 . - 5 -第三章 电路原理图地设计 . - 5 -3.1 反馈式稳幅电路地组成部分. - 5 -3.2 反相比例运算电路地设计. - 6 -3.3 半波精密整流电路地设计. - 7 -欢迎下载精品学习资
5、源3.3.1 整流电路 . - 7 -3.3.2 半波精密整流电路工作原理. - 8 -3.4 二阶低通滤波器电路地设计. - 9 -3.4.1 滤波电路 . - 9 -3.4.2 有源滤波电路 . - 10 -3.4.3 二阶低通滤波电路. - 10 -3.5 场效应管电路地设计 . - 11 -3.5.1 场效应管地工作原理 . - 11 -3.5.2 场效应管地主要作用 . - 11 -3.6 总电路设计 . - 12 -3.6.1 反馈式稳幅电路总设计图. - 12 -3.6.2 反馈式稳幅电路地工作原理. - 12 -第四章 电路地仿真 .14- 13 -4.1 反相比例运算电路.1
6、4- 13 -4.2 半波精密整流运算电路. - 15 -4.3 低通二阶滤波电路.17- 16 -4.4 反馈式稳幅电路 .18- 17 -第五章 结论与心得 . 29- 29 -5.1 结论与心得29-文献参考 . 30- 29 -附录 1 . 31- 30 -附录 232-第一章 绪论当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速进展地信息社会，电子技术地进步，给人们带来了根本性地转变 .反馈式稳幅电路是一种特别有用地电路.反馈是稳幅电路是由四大部分组成，分别是反相比例运算电路，半波精密整流电路， 二阶低通滤波器，可变电阻.反相比例运算电路:假如输入信号从反相输入端引入地运算，便是反相运算.反相
7、比例运算电路具有反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运算共模抑制比要求低；输出电阻 小，带负载才能强；要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳固性差地特点.欢迎下载精品学习资源半波精密整流电路 :选用半波整流电路是由于此电路简洁，元件少，单输出电压值流成分小（只有半个波），脉动程度大，整流效率低，仅适用于输出电流小、答应脉动程度大、要求低地场合 .所以这次我们选用半波精密整流电路.二阶低通滤波器电路 :二阶低通滤波器是一种信号检测及传递系统中常用地基本电路， 也是高阶滤波器地基本组成单元.常用二阶有源低通滤波器地电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和二次型.本次设计采纳二阶低通滤波器.场
8、效应管 :场效应管可应用于放大；具有很高地输入阻抗适合作阻抗变换；可以用作可变电阻；可以便利地用作恒流源；可以用做电子开关.我们依据场效应管可用作可变电阻将其等效为可变电阻 .以上为本次设计地理论基础.其次章 电路框图地设计2.1 设计原理框图设计原理框图如图2.1 所示，主要包括反比例运算电路、半波精密整流电路、二介低通滤波器电路、场效应管电路四部分电路.上述四个电路在第一章有具体介绍.欢迎下载精品学习资源图 2.1 设计原理框图2.2 设计分析由设计原理可知直流稳压电源应由几部分组成，而且各个部分相对独立，因此，在进行设计电路地时我们采纳各个部分分别设计，独立挑选器件，独立测试地方法，最终
9、将这几部分进行组装、调试，达到设计完整直流稳压电源电目地.第三章 电路原理图地设计3.1 反馈式稳幅电路地组成部分依据设计原理及要求可知反馈式稳幅电路主要四个部分组成，1、反比例运算电路， 2、半波精密整流电路， 3、二介低通滤波器电路，4、场效应管电路 .欢迎下载精品学习资源3.2 反相比例运算电路地设计图 3.2.1 反相比例运算电路输入信号从反相输入端引入地运算，便是反相运算.如图 3.2.1 所示反相比例运算电路，欢迎下载精品学习资源输入信号UI 经输入端电阻R1作用于集成运放地反相输入端，故输出电压RO 与UI反相 .同欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源相输入端通过电阻R3 接
10、地，R3 为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电路地对称欢迎下载精品学习资源性；其值为 UI0 （即将输入端接地）时反相输入端总等效电阻，即各支路电阻地并联，欢迎下载精品学习资源因此 R3R1 R2 .电路中通过引入负反馈，故欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源为“虚地 ”.节点 1 地电流方程为U 1U 20i PiN0i R1i3欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源由于 1 点为虚地，整理得出UIU 1R1U 1UOR3R3欢迎下载精品学习资源UOUIR1因此闭环电压放大倍数为：欢迎下载精品学习资源UOR3AUOUIR1欢迎下载精品学习资源上式说明，输出电压与输入电压是比例运算
11、关系，或者说是比例放大地关系.如R1 和 R3欢迎下载精品学习资源地阻值足够精确，而且运算放大器地开环电压放大倍数很高，就可以认为UO 与 UI间地关欢迎下载精品学习资源系只取决于R2 和R1 地比值，而与运算放大器本身地参数无关. 这就保证了比例运算地精确欢迎下载精品学习资源和稳固性 .式中地负号表示UO 与UI反相 .欢迎下载精品学习资源图中地R3 是一静态平稳电阻，即在静态时（输入信号UI =0 ），两个输入端对地地等效欢迎下载精品学习资源电 阻要 相 等 ， 达 到 平 衡 状 态 . 其 作 用 是 消 除 静 态 基 极 电 流 对 输 入 电 压 地 影 响 . 因 此欢迎下载精
12、品学习资源R3R1 R2 .欢迎下载精品学习资源从反馈类型来看，在图中，反馈电路输出端引出而接到反相输入端.设 UI 为正，就 UO欢迎下载精品学习资源为负，此时反相输入端地电位高于输出端地电位，输入电流i1 和反馈电流i 3 地实际方向即欢迎下载精品学习资源如图中所示，差值电流id i 1 i 3 ，即 i 3 消弱了净输入电流（差值电流），故为负反馈.反欢迎下载精品学习资源馈电流i 3 取自输出电压UO ，并与之成反比，故为电压反馈. 反馈信号在输入端是以电流地欢迎下载精品学习资源形式显现地，它与输入信号并联，故为并联反馈.因此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路 .另外，电路地输入
13、电阻不高，输出电阻很低.3.3 半波精密整流电路地设计3.3.1 整流电路整流：将沟通电转换为直流电，称为整流.精密整流电路地功能：将柔弱地沟通电压转换成直流电压.整流电路地输入保留输入电压地势状，而仅仅转变输入电压地相位.当输入电压为正弦波时半波整流和全波整流输出波形如图 3.3.1 所示 .图 3.3.1 半波整形与全波整形输出波形欢迎下载精品学习资源3.3.2 半波精密整流电路工作原理欢迎下载精品学习资源当 uI 大于 0 时，必定使集成运放地输出Uo 0，从而导致二极管D 2 导通，D1 截止；欢迎下载精品学习资源小于 0 时，必定使集成运放地输出Uo 0，从而导致二极管D1 导通，D
14、 2 截止.欢迎下载精品学习资源3.3 .2 半波精密整流电路原理图图 3.3.3 二极管地伏安特性曲线在如图 3.3.2 所示地半波整流电路中，由于二极管地伏安特性曲线如图3.3.3 所示，当输入电压 uI 幅值小于二极管地开启电压Uon 时，二极管在信号地整个周期均为截止状态，输入电压始终为零 .即使 uI 幅值足够大，输入电压也只反映uI 大于 Uon 地那部分电压地大小.因此，该电路不能对柔弱信号整流.半波精密整流电路如下列图，其工作原理：欢迎下载精品学习资源当 uI 大于 0 时，必定使集成运放地输出Uo 0，从而导致二极管电路实现反相比例运算，输出电压D 2 导通，D1 截止，欢迎
15、下载精品学习资源Uo =- R1 / R2 uI ，当 uI 小于 0 时，必定使集成运放地输出Uo 0，从而导致二极管R1 中电流为零，因此输出电压Uo =0.D1 导通，D 2 截止，欢迎下载精品学习资源二极管具有单向导电性，这在电子电路中应用特别广泛.例如整流电路就是二极管地典 型应用之一 .但由于二极管死区电压地存在，对于幅值小于死区电压地正弦信号来说，二极管将不导通，故起不到整流作用.图3. 2所示地电路，就是一精密整流电路，它将毫伏级地正弦信号转换成半波输出.3.4 二阶低通滤波器电路地设计3.4.1 滤波电路滤波电路是一种能让需要频段地信号顺当通过，而对其它频段信号起抑制作用地电
16、路. 这种电路中，能把顺当通过地频率范畴，称之为“通频带 ”或 “通带 ”；反之，受到衰减或完 全被抑制地频率范畴，称之为“阻带 ”；两者之间幅频特性发生变化地频率范畴，称之为“过渡带 ”.抱负滤波器地特性只需用截止频率描述，而实际滤波器地特性曲线无明显地转折点， 两截止频率之间地幅频特性也特别数，故需用更多参数来描述.欢迎下载精品学习资源通带放大倍数AUP.称通带中输出电压与输入电压之比AUP 为通带放大倍数 .欢迎下载精品学习资源通带截止频率fc .幅频特性值等于0.707 AUP 所对应地频率称为滤波器地截止频率.以欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源AUP为参考值， 0.707 A
17、UP 对应于 -3dB 点，即相对于AUP 衰减 3dB.如以信号地幅值平方表欢迎下载精品学习资源示信号功率，就所对应地点正好是半功率点.图 3.4.1 低通滤波器地实际幅频特性欢迎下载精品学习资源从 fc 到Au 接近零地频段称为过渡带，是Au 趋近于零地频段称为阻带.过渡带越窄，欢迎下载精品学习资源电路地挑选性越好，滤波特性越抱负. 分析滤波电路就是求解电路地频率特性，对于欢迎下载精品学习资源LPF,HPF,BPF,BEF,APF 就是求解出AUP ，fc 和过渡带地斜率 .欢迎下载精品学习资源3.4.2 有源滤波电路此次设计我们所用地是有源滤波电路.有源滤波电路一般是由RC 网络和集成运
18、放组成， 因而必需在合适地直流电源供电地情形下才能起到滤波作用，与此同时仍可以进行放大.组成电路时应选用带宽合适地集成运放.有源滤波电路不适用于高电压大电流地负载，只适用于信号处理 .通常，直流电源中整流后地滤波电路均采纳无源电路，且在大电流负载时， 应采纳 LC 电感电容电路 .有源滤波器工作原理是：用电流互感器采集直流线路上地电流，经A/D采样，将所得地电流信号进行谐波分别算法地处理，得到谐波参考信号，作为PWM 地调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去掌握IGBT单相桥，依据PWM 技术地原理，将上下桥臂地开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反地谐波电流
19、，将线上地谐波电流抵消掉.这是前馈掌握部分.再将有源滤波器接入点后地线上电流地谐波重量反馈回来，作为调剂器地输入，调整前馈掌握地误差.3.4.3 二阶低通滤波电路反相二阶低通滤波器如图3.4.2 所示，它是在反向比例积分器地输入端再加一节RC 低通电路而构成 .加入 RC 节可以使滤波器地过渡带变窄，衰减斜率地值加大.这次我们选用低通滤波器是使其抑制高频量或干扰和噪声，答应信号中地低频或直流重量通过.欢迎下载精品学习资源图 3.4.2 反相二阶低通滤波器3.5 场效应管电路地设计3.5.1 场效应管地工作原理场效应管如图 3.5.1 工作原理用一句话说，就是“漏极 -源极间流经沟道地ID ，用
20、以门极与沟道间地 PN 结形成地反偏地门极电压掌握ID”更.正确地说， ID 流经通路地宽度，即沟道截面积，它是由PN 结反偏地变化，产生耗尽层扩展变化掌握地缘故.在 VGS=0 地非饱和区域，表示地过渡层地扩展由于不很大，依据漏极-源极间所加VDS 地电场，源极区域地某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID 流淌 .从门极向漏极扩展地过度层将沟道地一部分构成堵塞型，ID 饱和 . 将这种状态称为夹断.这意味着过渡层将沟道地一部分阻挡，并不是电流被切断.在过渡层由于没有电子、空穴地自由移动，在抱负状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流淌.但是此时漏极 -源极间地电场，实际上是两个过渡层接触
21、漏极与门极下部邻近，由于漂移电场拉去地高速电子通过过渡层.因漂移电场地强度几乎不变产生 ID 地饱和现象 .其次， VGS 向负地方向变化，让VGS=VGSoff ，此时过渡层大致成为掩盖全区域地状态.而且 VDS地电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向地电场，只有靠近源极地很短部分，这更使电流不能流通.图 3.5.1 场效应管3.5.2 场效应管地主要作用1. 场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器地输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器.2. 场效应管很高地输入阻抗特别适合作阻抗变换.常用于多级放大器地输入级作阻抗变换.欢迎下载精品学习资源3. 场效应管可以用作可
22、变电阻.4. 场效应管可以便利地用作恒流源.5. 场效应管可以用作电子开关.依据此次设计地需要我们将场效应管用作可变电阻.3.6 总电路设计3.6.1 反馈式稳幅电路总设计图依据以上对四个电路图地分析及设计要求，我们设计出地总电路图如图3.6.1 所示.图 3.6.1 反馈式稳幅电路3.6.2 反馈式稳幅电路地工作原理欢迎下载精品学习资源当参数挑选合适时，如U i 幅值增大导致U 0 增大，就Rds 减小，使得U 01 、 U 02 减小，欢迎下载精品学习资源从而使U 0 减小，趋于原先数值.过程简述如下：U i 增大导致U 0 增大导致Rds 减小导致U 01欢迎下载精品学习资源减小导致U
23、02 减小且U 0 减小，如U i 幅值减小，就各物理量地变化与上述过程相反.欢迎下载精品学习资源图 3.6.2反馈式稳幅电路工作过程第四章 电路地仿真4.1 反相比例运算电路反相比例运算电路如图4.1.1 所示，在输入电压峰值为5V ，频率为 50 HZ 地正弦沟通电欢迎下载精品学习资源压下，当R1R22 k, R31 k时，输出地波形数值与输入地波形数值相等，相位相欢迎下载精品学习资源差 90 度.其仿真波形如图 4.1.2 所示 .（红色表示输入，绿色表示输出.下面地图也如此）图 4.1.1 反相比例运算电路欢迎下载精品学习资源图 4.1.2 反相比例运算电路仿真欢迎下载精品学习资源但是
24、我们所设计地电路R1R2 ，而是R1 =1 k, R2 =82 k, R3 =1 k，其电路图及其仿欢迎下载精品学习资源真图如图 4.1.3 和图 4.1.4 所示，输出失真 .图 4.1.3 反相比例运算电路欢迎下载精品学习资源图 4.1.4 反相比例运算电路仿真4.2 半波精密整流运算电路欢迎下载精品学习资源半波精密整流电路如图4.2.1 所示，其工作原理：当 uI 大于 0 时，必定使集成运放地输出Uo 0，从而导致二极管电路实现反相比例运算.D 2 导通，D1 截止，欢迎下载精品学习资源当 uI 小于 0 时，必定使集成运放地输出Uo 0 ，从而导致二极管止， R1 中电流为零，因此输
25、出电压Uo =0.其仿真电路如图 4.2.2 所示 .D1 导通，D 2 截欢迎下载精品学习资源图 4.2.1 半波整流运算电路图 4.2.2 半波整流运算电路仿真4.3 低通二阶滤波电路反相二阶低通滤波器如图4.3.1 所示，它是在反向比例积分器地输入端再加一节RC 低通电路而构成 .加入 RC 节可以使滤波器地过渡带变窄，衰减斜率地值加大.其仿真电路如图 4.3.2 所示.欢迎下载精品学习资源图 4.3.1 低通二阶滤波电路图 4.3.2 低通二阶滤波电路仿真4.4 反馈式稳幅电路欢迎下载精品学习资源反馈式稳幅电路如图4.4.1 所示，工作过程原理简述如下：U i 增大导致U 0 增大导致
26、欢迎下载精品学习资源Rds 减小导致程相反 .U i 减小导致U 02 减小 U 0 减小，如U i 幅值减小，就各物理量地变化与上述过欢迎下载精品学习资源其输出仿真电路波形如图4.4.2 、图 4.4.4 、图 4.4.6 所示.欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源在函数发生器输出50Hz,5V地正弦波地情形下，反馈式稳幅电路中U 0 是通过反相比欢迎下载精品学习资源例运算电路得到地，测量方式如图4.4.1，输出仿真波形如图4.4.2 .图 4.4.1 反馈式稳幅电路U 0 输出电路欢迎下载精品学习资源图 4.4.2 反馈式稳幅电路U 0 输出仿真波形欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习
27、资源在函数发生器输出50Hz,5V地正弦波地情形下，反馈式稳幅电路中U 02 是通过反相比欢迎下载精品学习资源例运算电路、半波整流运算电路得到地，测量方式如图4.4.3，输出仿真波形如图4.4.4 .欢迎下载精品学习资源图 4.4.3 反馈式稳幅电路U O 2 输出电路欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源图 4.4.4 反馈式稳幅电路UO 2 输出仿真波形欢迎下载精品学习资源在函数发生器输出50Hz,5V地正弦波地情形下，反馈式稳幅电路中UO3 是通过反相比例运算电路、半波整流运算电路、低通二阶滤波电路得到地，测量方式如图4.4.5，输出仿真波形如图 4.4.6 .欢迎下载精品学习资源图
28、4.4.5 反馈式稳幅电路U O 3 输出电路欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源图 4.4.6 反馈式稳幅电路UO 3 输出仿真波形欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源当UI地频率为 50 HZ时，当 UI地幅值变化看UO 地输出 .UO 地变化率以幅值为5V 地欢迎下载精品学习资源UO 地输出为基准运算得到.UI=3V 时， UO 地输出波形如图 4.4.10； UI=5V 时，UO 地输欢迎下载精品学习资源出波形如图 4.4.11； UI =7V 时， UO 地输出波形如图4.4.12 .函数发生器输出波形、频率、幅值如图4.4.7，图 4.4.8，图 4.4.9 所示 .欢迎下
29、载精品学习资源幅值UOUO 地变化率波形标号欢迎下载精品学习资源（ UIMAX ）3V164mv0.06%4.4.105V167mv0.00%4.4.117V162mv0.099%4.4.12欢迎下载精品学习资源图 4.4.7 UI= 3V图 4.4.8UI = 5V图 4.4.9 UI= 7V欢迎下载精品学习资源图 4.4.10U I = 3V 时， UO 地输出波形欢迎下载精品学习资源图 4.4.11UI= 5V 时，UO 地输出波形欢迎下载精品学习资源图 4.4.12U I = 7V 时， UO 地输出波形当 UIMAX =5V 时，频率变化看 UO 地输出 .UO 地变化率以频率为50
30、 HZ 地UO 地输出为基准运算得到 .频率 f =50Hz 时， UO 地输出波形如图 4.4.17； f =500Hz 时， UO 地输出波形如图 4.4.18； f =1500Hz 时， UO 地输出波形如图 4.4.19； f =2000Hz 时， UO 地输出波形如图 4.4.20 .函数发生器输出波形、频率、幅值如图所示 .4.4.13，图 4.4.14，图 4.4.15，图 4.4.16表格 2 UO 与频率变化数据频率（ Hz ）UOUO 地变化率波形标号50Hz167mv0.00%4.4.17500Hz166mv0.059%4.4.181500Hz167mv0.00%4.4.192000Hz166mv0 .059%4.4.20欢迎下载精品学习资源图 4.4.13 f =50 HZ图 4.4.14f =500 HZ图 4.4.15 f =1500 HZ图 4.4.16f =2000 HZ欢迎下载精品学习资源图 4.4.17 f =50 HZ 时， UO 地输出波形图 4.4.18 f =500 HZ 时， UO 地输出波形欢迎下载精品学习资源