北邮指数运算电路实验报告.doc

电子电路综合实验设计 指数运算电路的设计与实现 学院： 班级： 姓名： 学号： 班内序号： 日期： 指数运算电路实验报告 摘要：在通讯技术中，对数和反对数运算电路广泛运用于动态范围跨越几个数量级的发送和接收。对数放大器和反对数放大器具有非常广泛的运用，除了能构成指数运算电路外，通过配以加减运算电路还可以实现模拟信号的乘、除、乘方、开方等运算。指数运算电路由对数放大器和反对数放大器及温度补偿电路组成。引入运算放大器，利用运算放大器反向端的虚地特性，则可把PN结上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系，分别形成对数放大器和反对数放大器。U、I都是温度的函数，其运算精度受温度影响大。故需加温度补偿电路。 关键词：指数运算电路；对数放大电路；反对数放大电路；温度补偿电路。 设计任务要求 1.基本要求 设计并实现一个指数运算电路，要求电路的输出输入满足指数运算关系，k的大小由电路中元器件参数决定。本实验要求k=2或k=3。 2.设计指标 1）电路的输入阻抗Ri≥100 2）输入信号大小为0-2V 3）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用Protel软件绘制完整的电路原理图及印制电路板图。 二．设计思路 利用二极管的PN结的指数型伏安特性，可实现对数运算。将电阻R与晶体管位置互换，就构成了基本的反对数运算电路。为了消除温度对运算精度的影响，需加温度补偿电路。 总体结构框图 图1.总体结构框图 图中各参数关系： 对数放大器和反对数放大器具有非常广泛的应用,除了能构成指数运算电路外, 通过配以加减运算电路还可实现模拟信号的乘,除,乘方,开方等运算 图2．对数放大器原理图 （注：此处为发射结反向饱和电流） 利用二极管的PN结指数伏安特性，可实现对数运算。 其解析式表示法： 其中：——反向饱和电流 与外加电压无关，硅管远小于锗管 ——热电压 室温下， 当PN结上的电压大于100mV时，1 伏安特性可简化为 为相对扩大输入电压的动态范围，实用电路中常用晶体管取代二极管。同时，为增加晶体管集电极电流动态运用范围，常把晶体管的基极与集电极短路，接成二极管形式。 利用运算放大器反相端的虚地特性，可以将PN结上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系。 输出电压幅度不能超过0.7V，且0，保证晶体管处于导通状态。其中 和都是温度的函数，其运算精度受温度影响大，故需加温度补偿电路。 （2）加温度补偿的对数运算电路 图3．温度补偿电路原理图 图中，A1，T1组成基本运算电路。A2，T2组成温度补偿电路。T1，T2两管的集电极电流分别是： T2的基极电位为: 忽略T2的基极电流, 则 选择TI, T2两管参数对称,,则 这样,利用TI, T2两管特性的一致性,可将的影响消除。 加温度补偿的反对数放大器 将电阻R与晶体管位置互换，就构成了基本的反对数运算电路，如下图所示： 由二极管的特性可知： 即实现了反对数运算同运算电路一样，为了消除温度对运算精度的影响，也要进行温度补偿。 由于对数放大器和反对数放大器的二极管，必须工作在正向偏压下，因此输入信号只能是单极性的。 完整的电路图 图5．总体电路设计 A1，T1，A4，T4组成基本运算电路。 A2，T2，A3,T3组成温度补偿电路。 同样，T3、T4选用特性一致的三极管，则： 忽略T3基极电流，则： 要实现，取， 则R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以，。 五、电路实现功能 1.该电路可实现对输入信号的指数运算。 根据电路关系可得k的计算式为 求得k的理论值为K=2 电路实际调试得k约为2.2 2.输入阻抗 用万用表欧姆档测得电路输入阻抗为110，符合Ri≥100的设计要求。 测试及调试过程 在输入端接入的是函数信号发生器，用以输入三角波。运算放大器加入的是正负15V的直流电压。输入和输出端用示波器进行检测。输入信号源的三角波含直流成分（0-15V），输出结果的正确与否是通过用示波器对输入输出波形的李萨如图进行观测和分析来进行测试的。对对数电路和反对数电路要分级测试。 故障及问题分析 电路故障 问题分析 解决办法 示波器无输出显示 电路连接存在问题 检查电路 输出信号杂乱 输入信号不标准 调节输入信号极性 输出信号过粗 存在其他频率分量 输出端并联一个小电容 X-Y输出失真 输入信号频率过高 调低输入信号频率 指数波形失真 三极管及电阻故障 更换三极管和电阻 基本常见故障的避免，有效地调试准备： (1)检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。按照电路图检查安装的线路； (2)准备测试设备： 要准备好测量仪器和测试设备，检查是否处于良好的工