模拟电路课程设计差分放大电路的multisim仿真电子灭鼠器

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1、1. 时间：2011年上学期2. 班级：电信1、2。3. 要求：下面有四个设计课题，每四个人一组。一、课程设计的任务和目的使学生通过动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和动手能力，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。二、课程设计的基本要求1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方；对

2、设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。6、以下四个课题任选一个，四人一组，还可以题目自拟，自选题目，要求完成实物制作和设计报告，设计报告格式符合要求，本学期第十五周交作品和第十六周报告

3、。课 程 设 计 任 务 书院（系）电子工程专业电子信息工程学生姓名学号设计题目1差分放大电路的multisim仿真；2. 电子灭鼠器内容及要求：题目1差分放大电路的multisim仿真；对模拟电子技术基本放大电路的差分放大电路，使用multisim进行仿真分析；要求熟练掌握multisim软件的使用及仿真方法，画出原理图，改变参数进行理论分析，写出实际实现过程，得出结论。题目2电子灭鼠器设计设计一个电子灭鼠器电路，要求：a. 利用红外探测组件探测老鼠的活动（具有“视觉”功能）的电子灭鼠器，它在平时出于监控状态，一旦有老鼠进入其有效灭鼠区域内时，它会立即产生直流高压将老鼠击毙；同时，它还发出警

4、示信号，提醒使用者及时清除死鼠；b. 整个电路应由红外探测组件、电子开光、高频振荡电路、高压发生电路、声音告警电路及电源部分组成；c. 给出各部分元器件的具体参数； D. 用protel软件画出电路原理图，并生成PCB版图。进度安排:第14周（周一周二）：分析题目，查阅课题相关资料；第14周（周二周四）：差分放大电路的设计实现、电子灭鼠器设计；第14周（周五）：设计仿真及调试，验收，编写课程设计报告。指导教师（签字）：年 月 日教研组长（签字）年 月 日内容摘要本报告包括两个内容。第一部分，学习差分放大电路，掌握差分放大电路的工作原理。能够画出差分放大电路的三种基本形式，即基本式、长尾式和恒流

5、源式。学会对其进行静态分析、动态分析等相关运算。利用multisim软件对差分放大电路进行仿真实现。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用multisim软件模拟出差分放大电路课后练习题，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。记录结果和数据。第二部分，是对课外内容电子灭鼠器的仿真实现。电子灭鼠器利用红外线探测组件探测老鼠的活动（具有“视觉功能”）。它在平时处于监控状态，一旦有老鼠进入其有效灭鼠区域时，可产生直流高压击毙老鼠；同时，它会发出警告信号，提醒使用者及时清理死鼠。根据功能设计电路图，合理选择电子元件组件，使用protel软件模拟出电子灭鼠器的电路图。对其功能进行仿

6、真实现。得出结果并记录。目 录引 言 -1一、差分放大电路的仿真 -2 1、仿真练习题1 -2 2、仿真练习题2-4 3、仿真练习题3-6 4、仿真练习题4-8 5、仿真练习题5-10 6、仿真练习题6-12二、点子灭鼠器-15 1、电路原理-15 2、元器件选择-15 3、安装调试及使用-16 4、PCB板图-16三、总结 -17参考文献 -18一、引言集成电路是20世纪60年代初期开始发展起来的一种半导体器件，它是在集成电路工艺的基础上，将各种元器件和连线等集成在一个芯片上二制成的。集成运算放大器与分立元件放大电路相比具有独特优点。集成运放电路内部实质上时一个高放大倍数的多级直接耦合放大电

7、路。集成运放电路常包含四个基本组成部分，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。集成运放的输入级对其多项技术指标起着决定性的作用。输入级大都采用差分放大电路的结构形式。实际的差放输入级常常利用恒流管或长尾电阻引入一个共模反馈，这样就有可以提高共模抑制比，减少温漂。所以学习差分放大电路对集成电路的应用有极大的作用。随着中国市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励电子产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对电子行业的关注越来越密切，这使得中国电子行业的发展需求增大。电子灭鼠器主要是利用红外线探测器进行探测，就好像长了眼睛一样，当有老鼠进入有效区域时电子灭鼠器工作产生

8、高压电流将老鼠击毙。之后发出告警铃声，告知用户及时将死鼠清除。平时若无老鼠进入有效工作区域，电子灭鼠器不工作，不会产生高压电流。 电子灭鼠器具有方便、实用、操作简单、成本低、安全系数高等优点。具有很强的市场竞争力。有利于普通居民使用，可以得到广泛的普及。今后，电子灭鼠器应向高集成度，高灵敏度发展，加大其有效作用区域的同时更应注意其安全保障。提高电子灭鼠器的识别能力，使其能够更加有效的区分老鼠与其它物品。二、差分放大电路 差分放大电路常见的形式有三种：基本形式、长尾式和恒流源式。差分放大电路的输入、输出端可以有四种不同的接法，即双端输入、双端输出，双端输入、单端输出，单端输入、单端输出打断输入、

9、单端输出。本次主要介绍长尾式和恒流源式差分放大电路。仿真练习题1在Multisim中构建带有集电极回路调零电位器的长尾式差分放大电路，电路参数为，=40，rbe=8.2 k， Vcc=VEE=15V，Rc1=Rc2=75k，Re=56 k，R1=R2=1.8 k，Rw=1 k，Rw的滑动变阻器处于中点，负载电阻RL=30 k。（1）利用Multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点；（2）加正弦输入电压，用虚拟示波器观察u1与uc1、uc2波形的相位关系；（3）在输出波形无明显非线性失真的前提下，利用虚拟仪器测量差模电压放大倍数倍数Ad、差模输入电阻Rid和输出电阻Ro。解： （

10、1）见图2 （2）见图3（3）由电路图测量可知 Uo=476.899mV Ii=476.299nA Uid=10mV Ad=-47.6889 Ro=983.698Ohm Rid=20.476Ohm图1 电路图图2 直流分析图3 示波器波形仿真练习题2在Multisim中构建带有集电极回路调零电位器的长尾式差分放大电路，电路参数为，=100，rbe=10.3k，Vcc=VEE=15V，Rc1=Rc2=36k，Re=27 k，R1=R2=2.7 k， Rw=100 k，Rw的滑动变阻器处于中点，负载电阻RL=18 k。（1）测量放大电路的静态工作点；（2）加正弦输入电压，观察u1与uc1、uc2波

11、形；（3）测量差模电压放大倍数倍数Ad、差模输入电阻Rid。解：（1）如图2（2）如图3（3）有电路图测量可知 Uo=400.343mV Ii=278.571nA Uid=10mV Ad=-40.0343 Rid=35.8973623 k图1 电路图图2 静态工作点图3 示波器波形仿真练习题3在Multisim中构建恒流源式差分放大电路，电路参数为，Vcc=VEE=9V，Rc1=Rc2=47k，Re=13 k，Rb1=3.6 k，Rb2=16 k，R1=R2=10k，负载电阻RL=20 k，各三极管=30，UBEQ=0.7V。（1）测量放大电路的静态工作点；（2）加正弦输入电压，观察u1与uc

12、1、uc2波形；（3）测量Ad和Rid。解：（1）如图2（2）如图3（3）有电路图测量可知 Uo=132.794mV Ii=267.992nA Uid=10mV Ad=-13.2794 Rid=77.1099202 k图1 电路图图2 直流分析图3 示波器图形仿真练习题4在Multisim中构建如图所示利用比例电流源提供偏置电流的横流源式差分放大电路，电路参数为，=80，UBEQ =0.6V, VCC =VEE=15 V，RC1=RC2=20k，Re4=750, RC4=27 k。（1）测量放大电路的静态工作点；（2）加正弦输入电压，观察uI与u C1、u C2的波形；（3）测量Ad、Rid和

13、Ro（4）调整电阻RC4的阻值，使静态时UCQ1=UCQ2=12 V,解：（1）如图2（2）如图3（3）有电路图测量可知 Uo=8.64uA Ii=129.685nA Uid=10mV Ad=-41.5341 Rid=77.1099202 k（4） Ro=2 RC=40 k当Rc4=9KohmUCQ=UCQ=12V图1 电路图图2 直流分析图3 示波器图形仿真练习题5在Multisim中构建单端输入、双端输出的长尾式差分放大电路，如图；电路参数为，设电流表满偏转电流为100A，电表支路的总电阻RM=2 k，=50, VCC=VEE=6V，RC1=RC2=5.1k，Re=5.1k，R1=R2=1

14、0k。电路中的微安表由虚拟仪表充当，（1）测量放大电路的静态工作点；（2）在输入端加上交流电压uI，调节uI的大小，使虚拟电流表读数为100A,观察此时uI=？（3）将电流表开路，测量单端输入、双端输出差分放大电路的差模电压放大倍数Ad。解：（1）如图2；（2）当UI=23.5V虚拟电流表读数为100A（3）有电路图测量可知Uo=415.341mVIi=129.685nAUid=10mV单端输入、双端输出差分放大电路的差模电压放大倍数Ad=-19.772图1 电路图图2 直流分析图3 示波器波形仿真练习题6在Multisim中构建双端输入、单端输出恒流源式差分放大电路如图，电路参数为，电路参数

15、为，=70, rbe=12v,VCC =VEE=12V，RC2=20k，Re=11k，R= 2k,稳压管的稳压值为4V,负载电阻RL=20 k.（1）在负载电阻RL开路的情况下测量放大电路的静态工作点；（2）加正弦输入电压，观察uI与uO波形的相位关系；（3）测量放大电路的Ad（接上RL）；（4） 将电源电压改为+-18V，在测放大电路的静态工作点。解： （1）如图2；（2）如图3；（3）有电路图测量可知Uo=132.794mVAd = - Uo/Ui-23.4236 （4）如图4图1 电路图图2 直流分析图3 示波器图形图4二、点子灭鼠器电路原理该点子灭鼠器由红外探测组件、电子开关、高频振荡

16、电路、高压发生电路、声音警告电路及电源部分组成，如图所示。电子开关由晶体管V1和有关外围元件组成。高压发生电路由场效应晶体管VF、升压变压器T2、二极管VD5与VD6等组成。高频振荡器由IC2与有关外围元件组成，其工作频率为15kHz。声音警告电路由晶体管V2与V3、电阻器R5、电容器C4和扬声器BL等组成。IC1为主动式红外探测组件，内含编码、调制、驱动、红外发射电路及红外接收、译码、识别、解码、输出等单元电路。接通电源后，在有效灭鼠区域内无老鼠时，IC1的输出端（CP）输出高电平，电子开关管V1截止，高频振荡器、声音警告电路和高压发生器均不工作。当有老鼠进入有效灭鼠区域时，IC1发出的红外

17、光被老鼠反射后，又被IC1接收并处理，使IC1的输出端变为低电平，使V1饱和导通，高频振荡器振荡工作，从IC2的3脚输出高频脉冲信号，该信号经V4放大、T2升压后，产生约15kV脉冲高压（该电压经VD6整流后得到约20kV的直流高压）将击毙老鼠。V1导通的同时触发器声音警告电路，驱动扬声器BL发出响亮的告警声。元器件选择R1R8均选用1/4W碳膜电阻器。C1和C2均选用耐压值为16V的电解电容器；C3和C4选用独石电容器；C5选用耐压值大于200V的高频瓷介电容器；C6选用耐压值大于25kV的高压瓷介电容器。IC1选用LH4型红外探测组件；IC2选用NE555时基集成电路。T1选用5W、二次电

18、压为9V的电源变压器；T2可使用36cm（14in）黑白电视机的一体化行输出变压器（VD6是T2内部的高压整流硅堆）。VD1VD4选用1N4007硅整流二极管；VD5选用耐压值大于400V的硅阻尼二极管。V1选用S9012硅PNP型晶体管；V3选用C8550硅PNP型晶体管；V2选用S9013硅NPN型晶体管；VF选用5A、400V的单栅N沟道场效应管。安装调试及使用电子灭鼠器的电路安装好后，应放置在老鼠经常出没的地方，避开易燃易爆物品。LH4红外探测组件的收发端应对准空阔的作用区域，高压裸线距地面之间57cm为宜。调整红外探测组件的灵敏度时，应断开IC2的4脚与V1集电极之间的连线，调节LH

19、4后盖调节孔内的可变电阻器，使其检测距离在0.15m之间为宜，调整时可根据声音告警电路工作与否来判断，然后恢复连线即可。清除死鼠时，应首先关断电源，并用带绝缘手柄的金属杆将高压裸线对地短路放电，以免遭受电击。PCB板图三、总结这次课程设计中，首先加强了对差分放大电路的学习，对其它的相关知识的认识也有一定的提高。课程设计中使用了multisim和protel二种仿真软件，分别对差分放大电路和电子灭鼠器进行仿真。使用multisim仿真差分放大电路的例子，能够很好学习差分放大电路，对电路的分析和数据的运算都变得简单明了。输入、输出波形可以直接进行对比，加快对电路的理解。使用protel软件，是对实

20、际生产实例电子灭鼠器进行模仿设计，了解整个设计过程，掌握protel的基本使用方法。学习protel软件，则是将所学到的知识进行实际应用，联系实践生产活动，对今后工作有去多帮助。总之，学会multisim和protel二种仿真软件的使用方法也是这次课程设计的收获之一。在课程设计过程中我也遇到电路设计、元件选择出错和软件编排有误等问题，无法完成仿真。对此，我与同学、老师进行讨论，并且查找相关书籍，使用互联网搜索相关资料来解决。最终完成了此次课程设计。参考文献1. 清华大学电子学教研组编杨素行主编模拟电子技术基础简明教程（第三版）。北京：高等教育出版社，20062. 哈尔滨工业大学电子学教研室编蔡

21、惟铮主编王立欣副主编基础电子技术北京：高等教育出版社20043. 冯民昌主编模拟集成电路系统2版北京：中国铁道出版社19984. 李哲英主编电子技术及其应用基础模拟部分北京：高等教育出版社20035. 周淑阁主编模拟电子技术基础北京：高等教育出版社20046. 殷瑞祥主编电路与模拟电子技术北京：高等教育出版社2004 课题一 半导体直流稳压电源的设计一、设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；3、掌握直流稳压电源的主要性能参数及其测试方法；二、 设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为+3V+9V，输入电压为交流

22、220V，最大输出电流为IO=800mA，稳压系数Sr5%，电网电压波动正负10%,纹波电压VOP-P5mV。2、设计要求（1） 设计一个能输出+3V+9V的直流稳压电源；（2） 要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 在万能板或面包板上制作一台直流稳压电源；（5） 测量直流稳压电源的稳压系数；（6） 测量直流稳压电源的内阻；（7） 拟定测试方案和设计步骤；（8） 写出设计性报告。三、 设计提示1、设计电路框图如图所示， 测量稳压系数，在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出vo，并将其中最大一

23、个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=VoVI/VIVO。 测量内阻，在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的Vo，ro=VO/IL。2、实验仪器与参考书提示（1） 自耦变压器一台（2） 数字万用表（3） 数字电压表（4） 变阻器、面包板或万能板（5） 智能电工实验台参考书：彭介华电子技术课程设计指导高教出版社；谢自美电子线路设计实验测试华中科技大学出版社胡宴如模拟电子技术基础高等教育出版社陆秀令模拟电子技术四、 设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格。五、设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识

24、点，对设计方案进行比较；2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。课题二 简易信号发生器设计一、 设计目的1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。二、设计技术指标与要求1、 设计要求基本要求：A、电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；B、输出信号的频率要求可调；C、拟定测试方案和设计步骤；D、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；E、在面包板上或万能板上安装电路；F、测量输出信号的幅度和频率；H、写出设计性报告。2、 技术指标频率范围：100Hz-1KHz，

25、1Kz-10KHz；输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。一、 设计提示方案提示：1、设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。如下框图所示。2、用单片集成芯片IC8038实现，但这种方案要求幅度和频率都可调，可采用数字电位器加程控放大器实现。设计用仪器：示波器1台，晶体管毫伏表，万用表1块，低频信号发生器，实验面包板或万能板，智能电工实验台。设计用主要器件：双运放uA747（或7412一只）、差分管3DG100四个；IC8038、数字电位器一个。

26、电阻电容若干。参考书：彭介华电子技术课程设计指导高教出版社；谢自美电子线路设计实验测试华中科技大学出版社胡宴如模拟电子技术基础高等教育出版社陆秀令模拟电子技术。四、设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格；4、进行总结和分析，并写出设计性报告。五、设计总结与思考1、总结信号发生器的设计和测试方法；2、总结设计信号发生器所用的知识点；课题三 单级阻容耦合晶体管放大器设计一、设计目的1、学习晶体管放大器的设计方法；2、研究静态工作点对输出波形的影响及静态工作点的调整方法；3、掌握静态工作点、电压放大倍数和输入电阻、输出电阻的测试方法；4、研究信号源内阻对波形失真的影响。二、设计要求和技术指标1、技术指标：电源电压为10V，Vi=10mV，外接负载3k，工作频率100Hz-500kHz，电压放大倍数大于50，输入电阻大于3K，Ro60，失真小。25