开方运算电路

模拟电路课程设计报告 设计课题： 开方运算电路 专业班级： 电信本 学生姓名： 学 号： 19 指导教师： 设计时间： 12-20 2

开方运算电路 一、设计任务与要求： 1．用模拟乘法器设计一个开方运算电路 2．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： 由设计任务与要求可知，本实验设计电路分为两个部分，分别为直流源电路部分和功能电路部分，其中直流源部分要求输出端两极直流电压分别为+12V和－12V，而且要求其整流部分要采用桥式整流电路设计。功能电路部分要求分别用模拟乘法器设计一个开方运算电路。

ⅰ.直流源电路部分： 由以上设计要求可知，直流源整流部分要用桥式整流电路设计，后面连接用大容量电解电容做成的滤波电路，最后用集成稳压块W7812和W7912保证输出电压为±12V，在大容量电解电容和集成稳压块之间以及在集成稳压块和输出端之间，可以并联上一些小电容，以消除高次谐波和电路的交流成分。在输出端两极分别接上1K电阻和一个发光二极管，用来分别电路是否正常。 实验原理图如下所示：

图（1） ⅱ.功能电路部分： 方案一：用模拟乘法器设计一个开方运算电路 实验电路图如下所述： 3

图（2） 方案二：用对数，指数运算电路实现开放运算电路。

电路图为：图（3） 4

令2132Kkk，yxvv ，1a，得 ：21xovv 可得:对数运算电路如图所示：RTIRURR31520Un1 u

指数运算电路如图所示：RIST1uu0 e-u

图（4） 对比方案一和方案二可以发现，方案二太过复杂，方案二要用到四个集成快，而且对于集成块uA741所组成的电路很容易产生较大的误差，而且一个UA741就需要引出四个夹子以上，如果结果没有出来，检查错误也好困难，必须要逐级检查和调试才可能得出结果，所以比较方案一，方案二容易出错，并且由多个运算电路组合的电路，误差太大，而且必须一步调节电路，小信号不容易出来，而方案一比较简单，焊接相对方案二比较简单，误差比较小，参数比较容易，简单。误差不会很大，而且结果比较容易出来，可以减少时间，等等，所以综上所述， 方案一比方案二更好，所以在焊接电路板时选择方案一。

三、单元电路设计与参数计算：

⒈直流源电路部分电路设计以及参数计算: ⑴整流电路部分电路图、形图及其参数设计： 5

图（5） 图（6） 变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，单相桥式整流电路的输出波形如图所示。可以看出，它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作，所以为了减小电压的脉动，需要通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。 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 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 同理，在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VBR > VRM 。 （2）滤波电路： 6

图（7） 图（8） 电容滤波电路输出电压平均值分析图：

当负载开路时： )41(22UUU2OminOmaxAVOCRTUL 7

图（9） 当RLC＝（3~5)T/2时： 考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于

所以在选择电容时其耐压值应大于1.2U2，电容越大越好，其级别应在千uF以上。接入滤波电路理想情况下，应该将交流分量全部虑掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必会影响其滤波效果，所以要通过稳压电路，使输出电压具有一定的稳定性. ⑶稳压电路部分：

图（10） 交流电压通过整流、滤波电路后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能就是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得较高的稳定性。 8

元件参数：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。其中LM7812和LM7912的管脚示意图如下所示

图（11） ⒉功能电路部分电路设计以及参数计算: 电路图如图所示：

图（12） 模拟乘法器使用 ： 模拟乘法器除了自身能够实现两个模拟信号的乘法和平方运算外，还可以和其他电路相配合构成除法，开方，等等运算电路。 若电路引入的是负反馈，则0pnuu 9

为虚地，21ii，即：2,011RuRu 20112,0·KuuRRu1020KRuRu 故，为了使根号下的为正数，1u和k必须符号相反，因此，由于1u和0u极性 相反，故当0,01ku时运算关系式应为：kRuR-1120u 根据模拟乘法器同相比例系数K=0.1，且由10uu得1-12kRR令k1R1 即k10R2 213//RRR=k10 四、总原理图及元器件清单： 1．总原理图： ⑴桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路 ：

图（13） （2）开方运算电路 ： 10

图（14） 2．元件清单 ： 元件序号 型号 主要参数 数量 备注（单价） 变压器 原边 幅边电压 1 5元 D1 D2 D3D4D5D6 普通二级管 6 0.2元

C1 电容 C= 3300uf 2 0.5元

C2 电容 C=0.1uf 2 0.2元

C3 电容 C=220uf 2 0..2元

C4 电容 C=0.33uf 2 0.2元

7812 1 1元

7912 1 1元

R1 R2 电阻 1k 2 0.1元

D 发光二级管 2 0.5元 11

模拟乘法器 AD633JN 1 20元 R3 电阻 10k 1 0.5元

R1 电阻 1k 2 0.1元

R2 电阻 1k 1 0.2元

图（15）

五、安装与调试： （1）安装： 准备好所有的元件后，先在万能板上做个大概的排位，布局好了以后，将元件一个一个焊好，注意不要有虚焊点。 接着用万用表的欧姆档逐个焊点测试看有无虚焊点，再检查因一次电路，在确定一切都正常后就可以进行通电了。 首先，从最后的输出端进行测试看看电压或电流符不符合要求，如符合要求说明电路成功。如不符合，则需要检查看看是哪里出了问题。最初看看有无电压，如果有就是数值不正确，最好从最后面查起。如果连电压都没有，则应该从电压查起。并逐步检查到稳压块附近。 （2）调试步骤：

⑴桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路的调试步骤： 接通电源后，首先静态几分钟，如无异常，无怪味，方可进入正常测试。否则应断开220V电源，排除故障。 电路无故障，测量相应点波形，一般为变压器输出或桥堆输入交流波形及大小，整流滤波输出或稳压器 输入波形及电压大小，最后输出电压大小及纹波电压大小，测量时在额载荷下进行，速度要快。 若要观察滤波电容变化对输出影响，可在断开电源后更换。 波形如所示： 12

图（16） ⑵功能电路部分调试步骤： 根据所设计的电路图焊接电路板， 将安装焊接好的电路，按电路图用万用表调节好电位器在一定的阻值内，应注意不要有虚焊点。 进入正常测试，接通电源，然后通过改变直流小信号来观察输出电压，使得输出的数据与输入端的数据符合设计要求，如若有错则应整改，然后再进行以上调试，直至得到想要的结果，调试要非常有耐心和细心，尽量调节得到最理想的结果。就可以进行对该电路的性能测试了。 （1）开方运算电路： 1.输入电压为-25V： 13

图（17） 2.输入电压为-1V：

图（18） 3.输入电压为-2V：

图（19） 六、性能测试与分析：

1.桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路的测试及分析： ⑴测试的数据： ①变压器原边电压： ②变压器的副边电压： ③稳压器输入电压： ④稳压后的输出电压：

⑵数据及误差处理： 变压器副边： 滤波电压： 稳压电压： 14

2．开放运算电路的测试及分析： （1）数据如下： （2）误差处理： （3）误差分析：  在焊接直流源时，不能做到所有器件都做到绝对对称，使得最终直流源的输出电压不对称。  焊点存在毛刺，导致信号通过时存在一定的阻力，或出现虚焊。  调试时，可调电位器不可能调到绝对理想的位置，导致结果存在偏差。  测试时电表内阻串入回路造成的误差。  仪器的精度不够，无法精确的测出结果。  正负12V的电源不对称，电阻不是标准的电阻。 七、结论与心得： （1）结论： 通过上面的数据可以得出开方运算电路可以实现开方的功能。 通过直流电压源可以得出，任意改变电路板上的电容，可以输出电压在VV2200—之间。

心得：

八、参考文献： 1．童诗白、华成英 编 《模拟电子技术基础》 高等教育出版社

2．彭介华 编 《电子技术实验与课程设计》 高等教育出版社 3. 青木英彦（日） 著 周难生 译 《模拟电路设计与制作》 科学出版社 4. 王港元 编 《电工电子实践指导》 江西科学技术出版社 5．陈立王、赵薇薇 编《模拟电子技术基础实验与课程设计》 清华大学出版社