模拟电路大实验 指数运算电路的实现.docVIP

模 电 综 合 实 验 报 告 实验名称：指数运算电路的设计与实现 指导教师：*** 200921119班28号 学号 姓名 王相茹 指数运算电路的设计与实现 摘要：指数放大电路由对数放大电路和反对数放大电路及温度补偿电路构成。实验基于二极管PN节的指数伏安特性实现对数反对数运算以增加集电极电流动态运用范围。。晶体管的相关参数 是温度函数，其运算精度受温度影响较大，关键词：对数放大电路、反对数放大电路、温度补偿,本实验中设计的k=3. 此外要满足：【1】电路的输入阻抗≥100KΩ。 【2】.输入信号大小为0～15V 【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（SCH）及印制电路板图（PCB）。 二．设计思路及总体结构框图 【1】.设计思路：利用二极管的PN结的指数型伏安特性，实现对数运算。通过电阻与晶体管位置的互换实现反对数运算电路。加入温度补偿电路，消除温度对三极管参数的影响。利用运算放大器反向端的虚地特性，通过确定电路图中R5的值，使之满足100k 【2】.原理框图如下： （1）由对数放大器和反对数放大器及温度补偿电路 基本数学推导: 两边取对数: 调整相关参数使B=1 即，本实验设置K=3 三．分块电路和总体电路的设计 （1）基本对数运算电路 如图所示：利用虚地特性三极管Q2工作在=0的临界放大状态 则： = = 但该电路存在两个问题：①必须为正则为负，以使晶体管处于放大导通状态；②，都是温度的函数，其运算结果受温度影响很大，如何改善对数放大器的温度稳定性是实际应用中要解决的一个重要问题。一般改善方法是：用对管消除的影响；用热敏电阻补偿的温度影响。 （2）加温度补偿的对数放大器 图中:A1 ,TI 组成基本运算电路.A2 ,T2组成温度补偿电路 TI, T2两管的集电极电流分别为: 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。 （3）加温度补偿的反对数放大器 由二极管特性可知： 同对数运算电路一样,为了消除温度对运算精度的影响,也要进行温度补偿有关方面的物理解释是相似的,无需重复。 值得指出的是, 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。 完整的电路图如下： 图中：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，。 其中，K=，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。则K=3.009，。 4. PROTEL绘制最终电路图： 四．所实现功能说明及测试 实现的功能： 1.对应基本实验任务要求Ri≥100KΩ. 理论值Ri=R5=100K，在运放虚地特性良好的情况下 。输入阻抗的要求肯定满足的。 2.输入信号大小为0-2V的三角波 。 输入信号为1V时，输出信号为1V. 输入信号为2V时，输出信号为4V。最后的输入输出的李萨如图为标准的指数上升曲线。达到实验基本要求。 3.主要测试数据： ①Ui=1V Uo=1V； ②Ui=1.1V Uo=1.2V； ③Ui=1.2V Uo=1.45V； ④Ui=1.5V Uo=2.3V； ⑤Ui=2V Uo=4V。 4.测试及调试过程： 必要的测试方法: 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（0-2V），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。 五．故障及问题分析 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作状态，检查测量仪器和测试设备的功能选择开