滞回比较器课程设计报告

模拟电路课程设计报告设计课题：滞回比较电路专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：滞回比较器电路设计一、设计任务和要求1、设计一个检测被测信号的电路；被测信号在2V-5V内输出不变；小于2V输出低电平，大于5V输出高电平。2、高电平为+3V，低电平为-3V；3、参考电压UREF自行设计；4、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。二、方案设计与论证电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路。其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极性。输出电平在最大输出电压的正极限值和负极线值之间摆动。此次课程设计要求做一个输入小于2V时输出-3V，输入大于5V时输出3V，输入2V-5V时输出不变得滞回比较器电路。总体思路如下：1．方案设计方案一：被测信号从同相输入端输入，输出端用稳压管稳压，参考电压用电位器分压取得通过电压跟随器与反相输入端相连。运用滞回比较器基本原理实现要求的功能。方案一原理图如图2-1所示U1UA741CD3247651R13.33kΩR25kΩR310kΩR42kΩD11N4730AD21N4728AVCC12VVEE-12VVDD2.33333V图2-1方案一原理图方案二，被测信号从反相输入端输入，输出端用稳压管稳压，再接一个反相比例运算电路，使其比例系数为-1。参考电压由电位器分压获得，通过电压跟随器与同相输入端相连。运用滞回比较器基本原理实现要求的功能。方案二原理图如图2-2所示U1UA741CD3247651U2UA741CD3247651R120kΩR220kΩR35.6kΩR510kΩVCC12VVCC12VVEE-12VVEE-12VVDD7VD11N4730AD21N4730AR420kΩR620kΩR710kΩUiUz图2-2方案二原理图2.方案论证方案一：电路相对简单，焊接比较简单，所需元器件较少且容易获得。方案二：电路结构相对复杂，焊接比较繁琐，需要的元器件相对较多。我的选择：方案一。理由：所用元件较少，焊接比较简单，价格较便宜，性能也不相上下。故较方案二要好一些。三、单元电路设计与参数计算1．滞回比较电路--方案一因VUZ3322RR得VUREF37令则KRRRRR31032321因此，当输入信号错误!未找到引用源。在2V-5V内输出不变；当错误!未找到引用源。小于2V时输出低电平-3V，大于5V时输出高电平+3V。其中，错误!未找到引用源。R1可用10K电位器取得，参考电压设计电路如图3-1所示U1LM317VoutADJVinC10.1µFC21µFR210kΩKey=A15%R11kΩ+-Ui+-Uo图3-1参考电压设定电路由LM317相关原理可知:因UREF=2.33V，则R1=1513R2。故可取R1=1K，R2为10K的位器。又由于参考电压与电源所提供的电压相差比较大，为了保护可调稳压器，可在可调稳压器前串联一个2K的电阻。2.直流稳压电源桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。其组成框图如图3-2（a）所示，直流电源电路图如图3-2（b）所示+电源+整流+滤波+稳压u1u2u3IuU0_变压器_电路_电路_电路图3-2（a）稳压电源的组成框图图3-2（b）直流电源电路图原理分析（1）电源变压器由于要产生±12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为30V的变压器。（2）整流电路整流电路图如图3-2(2)所示图3-2(2)整流电路图桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。桥式整流电路的波形图如图a所示U1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGET1THREE_PHASE_XFORMERD11N4007GPD21N4007GPD31N4007GPD41N4007GPC13300µFC23300µFC30.1µFC40.1µFC5220µFC6220µFC70.33µFC80.33µFR11.0kΩR21.0kΩLED1LED2V1220Vrms50Hz0°D51N4007GPD61N4007GP图a整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压VL）VL定义为整流输出电压VL在一个周期内的平均值，即设变压器副边线圈的输出电压为，整流二极管是理想的。则根据桥式整流电路的工作波形，在Vi的正半周，VL=V2，且VL的重复周期为p，所以上式也可用其它方法得到，如用傅里叶级数对图XX_01中VL的波形进行分解后可得式中恒定分量即为负载电压VL的平均值，因此有整流元件参数在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为在选择整流管时应保证其最大整流电流IFID。二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。在v2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。此时D2、D4所承受的最大反向电压均为v2的最大值，即22vVomv2的负半周，D1、D3也承受到同样大小的反向电压。所以，在选择整流管时应取其反向击穿电压VBRVRM。（3）滤波电路滤波电路电路图如图3-2(3)所示图3-2(3)滤波电路电路图电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。所以在选择电容时其耐压值应大于1.4V2，电容越大越好，其级别应在千微法以上。（4）稳压电路1）启动电路2）基准电压电路3）取样比较放大电路和调整电路4）保护电路实验的稳压电路，主要使用了集成块：78系列。目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。78××系列输出为正电压，输出电流可达1A，如78L××系列和78M××系列的输出电流分别为0.1A和0.5A。它们的输出电压分别为5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等7档。和78××系列对应的有79××系列，它输出为负电压，如79M12表示输出电压为–12V和输出电流为0.5A。由于本实验要产生±12V的恒流源，所以在选择集成块时选7812和7912。四、总原理图及元器件清单1．总原理图（1）滞回比较电路总原理图如图4-1所示U1LM317VoutADJVinC10.1µFC21µFR210kΩKey=A35%R1500Ω-Ui+-UoU2UA741CD3247651R33.33kΩR45kΩR510kΩR62kΩD11N4730AD21N4728AVCC12VR72kΩ+VDD-12VUiR810kΩKey=A50%Uo图4-1滞回比较电路总原理图因为没有买到3V稳压管，故接入电位器调节，输出电压用电位器调节,使输出高、低电平的绝对值为3V。图4-2直流电源与滞回比较电路连接的总电路图102.元件清单（1）直流电源清单如表1所示元件序号型号主要参数数量单价R1、R2120.05T1220V-30V（+15V.-15V）19.5D1.D2.D3.D4.D5.D61N400760.1C1.C23300uf21.0C3.C40.22uf20.2C5.C60.33uf20.2C7.C8220uf20.3LED1.LED220.2三端稳压块LM7812.LM7912+12V.-12V各1个1.0保险管1A10.7电源线13.0夹子若干导线若干表1直流电源清单（2）滞回比较器清单如表2所示R11K20.05R45K10.05R510K10.05R6、R72K20.05电容C10.1uf0.111电容C21uf0.2电位器R2、R3、R810K30.5稳压二极管D1.D21N5229B0.5W、3.6V20.1运放集成块A1.A2uA74121.0稳压集成块U1LM3171.0夹子若干导线若干焊锡丝若干万能板中号22.0表2滞回比较器清单五、安装与调试1.直流电源的安装首先在变压器的原边接入保险管，以防电路短路损坏变压器或其他元器件，各元器件按理论电路图正确焊接，注意布局紧密，不出现虚焊或漏焊。先选好适当大小的电路板，再合理布局。安装时先安装较小的元器件，先安装集成稳压电路，再安装整流电路，最后安装滤波电路。在安装的过程中要特别注意电容、二极管的极性，并且要注意LM7812和LM7912管脚的接法。注意安装要一级测试一级，检查电路安装无误后，再连接安装变压器。2.直流电源的调试通电后，若保险管烧掉，则再检查电路，直至可通电。若集成块发热，则考虑电路是否短路。2个LED灯可正常发光，并且其他电子元件无异常情况，便可以进行测试了，用万用表的交流电压档测变压器的副边电压，用直流电压档测7812、7912的输入、输出电压。若电压值与理论相差甚远，则考虑电子元件损坏，通过逐级检查将其排除、替换。直至测试结果与理论值接近，在误差范围之内。仿真结果如图5=2所示12图5-2仿真结果图3.滞回比较器的安装（1）据原理图正确焊接电路，焊接时各器件布局合理，导线之间无交叉现象（2）集成块的管脚不要接错，不用的管脚也要焊实，不能悬空。（3）各个电位器先据理论值调到合适位置4.滞回比较电路的调试将滞回比较电路与直流电源正确连接，用示波器观察其输出波形，若不是方波，则重新检查电路，直至输出为方波。调节电位器R2使参考电压为2.33V（由万用表测得），调节输入信号UI使其幅值大于5V，调节电位器R8，使输出波形的幅值为±3V。当然，实践中误差总是不可避免，但应尽量与理论值接近。传输特性应与图5-4吻合。13图5-4六、性能测试与分析1．直流电源的性能测试（1）测试步骤先接通电源，然后用万用表测出LM7812和LM7912的输入电压、输出电压（2）测试数据LM7812和LM7912的输入电压：U1=20.25vU2=－20.25v输出电压：U01=11.99vU02=－11.90v（3）数据处理LM7812和LM7912的输出电压理论值：U01=12VU02=-12V（4）误差计算LM7812输出电压误差：14%08.0%1001299.1112LM7912输出电压误差：%8.0%1001290.11122．滞回比较电路测试与分析（1）测试步骤将滞回比较电路与直流电源正确连接，接通电源，调节电位器R2使参考电压为2.33V，调节输入信号UI使其幅值大于5V，调节电位器R8，使输出波形的幅值为±3V。（2）测试数据实验测出示波器波形：输入方波-峰峰值5V/格*5格，周期20ms/格*5格输出波形：在输入波形上升为5.2V时，输出跳变为+3V，输入下降为2.1V时，输出跳变为-3V.在2.1V到5.2V之间输出不变。仿真结果如图6-2所示图6-2（3）数据处理理论情况是被测信号在2V-5V内输出电平不变；小于2V输出低电平，大于5V输出高电平。输出电压波形高电平为+3V，低电平为-3V。15（4）误差计算阈值电压误差：%4%100552.51o%5%100221.22o输出电压高低电平误差：0%1003330%1003331（5）结论分析结论：实验设计的桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计出正负直流电源（±12V），方案一也设计出了基本符合要求的一个输入小于2V时输出-3V，输入大于5V输出3V，输入2V-5V时输出不变得滞回比较器电路。故实验正确。误差产生原因：个人焊接技术水平不高，使得焊点电阻影响②电路实验测量仪器万用表本身存在缺陷，不精确③各电阻、电容不是标准参数，从而直流电源不完全对称④集成块uA741不是理想运放⑤设计原理并不完美，尚