模拟电路课程设计报告
设计课题：
专业班级： 学生姓名：学 号： 指导教师： 设计时间：
立方根运算电路
一.设计任务与要求
1、用模拟乘法器设计一个立方根运算电路 ；
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
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），为运算电路提供偏置电源。实验分为两个测试部分，为直流电源电路和功能电路的测试。直流电源整流部分要求采用桥式整流电路设计，输出端直流电压分别为+12ⅴ和-12ⅴ，功能部分要求用模拟乘法器设计一个立方根运算电路。
方案一：分别用1个Ua741实现对数运算电路，指数运算电路和集成运放电路；再用四个Ua741接成一个乘法器，将对数运算电路，指数运算电路和乘法器接成一个N次幂运算电路；最后将N次幂运算电路作为集成运放的反向通路，就可以实现立方根运算电路。
缺点：开关线路太多，易产生接触电阻，增大误差。此运算电路结构复 杂，所需元器件多，制作难度大，成本较高。并且由于用同一个信号源且所用频率不一样，因此难以调节。
电路图如下
图
6
图7
令k3
2k1K2， vxvy a1，
vx
12
得
vo
可得:对数运算电路如图所示：
R2U1
u0 1UnTRIR3R5
指数运算电路如图所示：
u 0-ISeR
u1uT
图8
方案二：用两个ID6332接成一个三次方电路，然后用一片Ua741接一个集成运算电路，再将三次方电路作为结成运放的反馈通路，就可以实现立方根运算电路。
优点：只需用到三个芯片，电路简单，相对误差较小。 流程图如下：
电路图如下
将方案一和方案二进行比较可以发现方案二很简单，用一个模拟乘法器就可以代替方案一中复杂的对数指数运算电路，焊接电路板时会相当繁琐而且容易焊错，所以我选择了方案二。
三、单元电路设计与参数计算
1、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）。
其流程图为：
图3
直流电源电路图如下：
图4
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：
其电路图如下：
图5
①原理分析：
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。
图6
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②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IF > ID 。
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
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 。
(3)滤波电路。 其电路图如下：
图7
电容滤波电路简单，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uF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
对于本实验的稳压电路，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。
2.立方根运算电路电路图及参数设计 模拟乘法器的引脚图
图15
立方根运算电路
图16
23
uOkuO 图中
由于k大于零，且uo与uI反相，所以不管k值为正为负，电路均引入了负反
馈。
23
电路中uNuP0，为虚地，i1i2，即
uIuoIR2
R2
uouIk2uo3
R1
整理，可得
R2
uo2uI
kR1
R2
12
kR1模拟乘法器同相比例系数为K=0.1，令 得 R1=100k , R2=1k ,
R3=1k
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单表
（1）电源
五、安装与调试
（2） 安装
准备好所需的所有的所有器件，先在草稿纸上将电路图排版，布好局，再将元件按所画的图排好焊接，焊接时要注意导线拉直，只在竖直与水平方向上排版。夹子要与导线焊接在一起，不能缠绕，否则输入小信号时不易显现功能。注意美观，不能出现虚焊现象。电路板焊好后要仔细检查是否出现错误，确认无误后再通电。 （2）调试
① 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。
波形如图所示：
图4
② 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。 立方根运算电路 1) 输入电压1V
图20 2) 输入电压-1V
图21 3) 输入电压8V
图22
六、性能测试与分析
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仿真波形：
图9
1. 直流电源
（1） 实验数据 理论值 误差 变压器原边电压：220V
变压器副边电压：+14.8V , -14.8V ±15v η =0.2/15=1.3% 稳压块的输入电压：+19.25V , -19.25V ±20v η=3.0.75/20=75% 稳压块的输出电压：+11.75V , -11.75V ±12v η=0.25/12=2.08% 2. 立方根运算电路
实验数据 理论值 误差
① Ui=12v Uo=2.23v; Uo=2.29v η=0.06/2.29=2.6%. ② Ui=8v Uo=1.96v ; Uo=2.00v η=2%. ③ Ui=5v Uo=1.68v. Uo=1.71v η=1.8%.
2）误差分析
① 正负12V的电压不对称，所买器件不是标准的数值； ② 焊接时虚焊或焊错了点； ③ 集成运放不是理想的运放；
④ 测试时电表内阻窜入回路造成的误差； ⑤ 焊接乘法器时有部分线路混乱。
七.结论与心得
完成了立方根运算电路及桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所
需的正负直流电源的制作，之后感觉更加进入了社会，有理论还不行一定得考虑实际。从立方根电路设计中就可发现这一真理，而且由于所用软件中的所有元件都为理想原件，即使达到了实验要求，实际运用中也未必有效。 它让我们对书本知识有进一步的理解。平时在学习课本上的知识时，觉得难以理解，对元件的认识也很浅。但经过这次的课程设计制作，我们自己去市场上购买自己需要的元件，增加了我们对元件的了解。
通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学
知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
八、参考文献
1、 《模拟电子技术基础》第四版 童诗白与华成英主编 ,高等教育
出版社 .（2006）；
2、 《电子技术实验与课程设计》赣南师范学院物理与电子信息学院编；（2001）；
3、 《用万用表检测电子元器件》 杜龙林编，辽宁科学技术出版社 4、 《毕满清主编，电子技术实验与课程设计》 机械工业出版社；
5、 《电工电子实践指导》（第二版），王港元主编，江西科学技术出版社（2005
物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表
专业：电气技术教育班级：姓名：
模拟电路课程设计报告
设计课题：
专业班级： 学生姓名：学 号： 指导教师： 设计时间：
立方根运算电路
一.设计任务与要求
1、用模拟乘法器设计一个立方根运算电路 ；
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
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），为运算电路提供偏置电源。实验分为两个测试部分，为直流电源电路和功能电路的测试。直流电源整流部分要求采用桥式整流电路设计，输出端直流电压分别为+12ⅴ和-12ⅴ，功能部分要求用模拟乘法器设计一个立方根运算电路。
方案一：分别用1个Ua741实现对数运算电路，指数运算电路和集成运放电路；再用四个Ua741接成一个乘法器，将对数运算电路，指数运算电路和乘法器接成一个N次幂运算电路；最后将N次幂运算电路作为集成运放的反向通路，就可以实现立方根运算电路。
缺点：开关线路太多，易产生接触电阻，增大误差。此运算电路结构复 杂，所需元器件多，制作难度大，成本较高。并且由于用同一个信号源且所用频率不一样，因此难以调节。
电路图如下
图
6
图7
令k3
2k1K2， vxvy a1，
vx
12
得
vo
可得:对数运算电路如图所示：
R2U1
u0 1UnTRIR3R5
指数运算电路如图所示：
u 0-ISeR
u1uT
图8
方案二：用两个ID6332接成一个三次方电路，然后用一片Ua741接一个集成运算电路，再将三次方电路作为结成运放的反馈通路，就可以实现立方根运算电路。
优点：只需用到三个芯片，电路简单，相对误差较小。 流程图如下：
电路图如下
将方案一和方案二进行比较可以发现方案二很简单，用一个模拟乘法器就可以代替方案一中复杂的对数指数运算电路，焊接电路板时会相当繁琐而且容易焊错，所以我选择了方案二。
三、单元电路设计与参数计算
1、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）。
其流程图为：
图3
直流电源电路图如下：
图4
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：
其电路图如下：
图5
①原理分析：
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。
图6
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②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IF > ID 。
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
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 。
(3)滤波电路。 其电路图如下：
图7
电容滤波电路简单，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uF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
对于本实验的稳压电路，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。
2.立方根运算电路电路图及参数设计 模拟乘法器的引脚图
图15
立方根运算电路
图16
23
uOkuO 图中
由于k大于零，且uo与uI反相，所以不管k值为正为负，电路均引入了负反
馈。
23
电路中uNuP0，为虚地，i1i2，即
uIuoIR2
R2
uouIk2uo3
R1
整理，可得
R2
uo2uI
kR1
R2
12
kR1模拟乘法器同相比例系数为K=0.1，令 得 R1=100k , R2=1k ,
R3=1k
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单表
（1）电源
五、安装与调试
（2） 安装
准备好所需的所有的所有器件，先在草稿纸上将电路图排版，布好局，再将元件按所画的图排好焊接，焊接时要注意导线拉直，只在竖直与水平方向上排版。夹子要与导线焊接在一起，不能缠绕，否则输入小信号时不易显现功能。注意美观，不能出现虚焊现象。电路板焊好后要仔细检查是否出现错误，确认无误后再通电。 （2）调试
① 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。
波形如图所示：
图4
② 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。 立方根运算电路 1) 输入电压1V
图20 2) 输入电压-1V
图21 3) 输入电压8V
图22
六、性能测试与分析
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仿真波形：
图9
1. 直流电源
（1） 实验数据 理论值 误差 变压器原边电压：220V
变压器副边电压：+14.8V , -14.8V ±15v η =0.2/15=1.3% 稳压块的输入电压：+19.25V , -19.25V ±20v η=3.0.75/20=75% 稳压块的输出电压：+11.75V , -11.75V ±12v η=0.25/12=2.08% 2. 立方根运算电路
实验数据 理论值 误差
① Ui=12v Uo=2.23v; Uo=2.29v η=0.06/2.29=2.6%. ② Ui=8v Uo=1.96v ; Uo=2.00v η=2%. ③ Ui=5v Uo=1.68v. Uo=1.71v η=1.8%.
2）误差分析
① 正负12V的电压不对称，所买器件不是标准的数值； ② 焊接时虚焊或焊错了点； ③ 集成运放不是理想的运放；
④ 测试时电表内阻窜入回路造成的误差； ⑤ 焊接乘法器时有部分线路混乱。
七.结论与心得
完成了立方根运算电路及桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所
需的正负直流电源的制作，之后感觉更加进入了社会，有理论还不行一定得考虑实际。从立方根电路设计中就可发现这一真理，而且由于所用软件中的所有元件都为理想原件，即使达到了实验要求，实际运用中也未必有效。 它让我们对书本知识有进一步的理解。平时在学习课本上的知识时，觉得难以理解，对元件的认识也很浅。但经过这次的课程设计制作，我们自己去市场上购买自己需要的元件，增加了我们对元件的了解。
通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学
知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
八、参考文献
1、 《模拟电子技术基础》第四版 童诗白与华成英主编 ,高等教育
出版社 .（2006）；
2、 《电子技术实验与课程设计》赣南师范学院物理与电子信息学院编；（2001）；
3、 《用万用表检测电子元器件》 杜龙林编，辽宁科学技术出版社 4、 《毕满清主编，电子技术实验与课程设计》 机械工业出版社；
5、 《电工电子实践指导》（第二版），王港元主编，江西科学技术出版社（2005
物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表
专业：电气技术教育班级：姓名：