1 设计任务描述1.1 设计题目：加法运算电路1.2 设计要求1.2.1 设计目的1) 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计 步聚，培养综合设计与调试能力；2) 学会利用运算放大器实现加减法电路；3) 学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法；4) 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力1.2.2 基本要求(1) 利用两级运算放大器实现u = 2u + 4u +uo i1 i 2 i3( 2 )设计电路所需的直流稳压电源，要求包括整流、滤波、稳压1.2.3 发挥部分( 1 )由于同相加法电路存在共模电压，将造成几个输入信号之间的互相影响，所以本次 设计我选用两级运放反相输入，在第一级运用反相输入的求和电路，在第二级采用双端输 入式，从而实现课设要求的输出与输入的线性关系2) 性直流电源中，将普通的电容滤波更改为两个电容与一个电阻的n型滤波电路, 增加对交流分量的滤除3) 性直流电源中，将一般的稳压电路改为固定式三端集成稳压器工作2 设计思路本次设计的课题是加法运算电路，其“加法”的含义是实现输出与输入的线性关系本 次设计还要求设计为运算电路提供电源的线性直流稳压电源。
首先这次设计的重点是加法运算电路，我需要设计一个电路使得其输出电压与输入电压 满足表达式为满足这一线性关系，我选用两级放大来实现经过一个学期的学习，我大 致了解关于集成运算放大器的工作原理，而这次设计主要是关于运放的线性应用首先第 一级放大电路中，由于同相输入存在共模电压，会造成几个输入信号之间的互相影响而 反相输入式放大电路中，根据虚断的概念，同相位输入端的电位为零，相当于与地等电位， 即“虚地”这样可保证运放输入端无共模信号在第一级运算放大器的反相端输入施加 两个电压信号，从而达到两个输入电压与第一级运放的输出电压之间的线性关系然后将 这一输出加到第二级运放的反相端，同时在第二级运放的同相端加入第三个信号源，实现 双端输入式放大电路，这种电路的的特点是输入电阻大、输出电阻小最后实现最终的输 出电压与三个输入电压信号成一定的线性关系一个电路要想稳定的工作，一定需要用稳定的直流电源进行供电直流电压通常是从交 流电网中转换获得，由于电网电压的波动，负载电流的变化，以及温度等环境因素的改变， 往往使得直流电压不稳定而直流电源的功能就是将交流电网电压转换成稳定的直流电 压电流稳压电源一般由变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。
首先选择一个常 用的交流电源，利用变压器降压然后通过二级管组成的单相桥式整流电路将经过变压器 降压的交流电整流将普通的电容滤波更改为两个电容与一个电阻的n型滤波电路，增加 对交流分量的滤除滤波最后的稳压部分，我选用固定三端式稳压器两部分电路都设计好后，用 multisim 分别试调，改正后将线性直流稳压电路施加在 运算电路两端，使电路正常运行3 设计方框图U1+U2 U3图 3.1 设计方框图4 各部分电路设计及参数计算4.1 第一级运算放大电路4.1.1 工作原理5图4.1第一级运放电路电路分析：上图所示电路为反相放大电路，将两个信号加到运算放大器反相输入端， R4为反馈电阻，R3为平衡电阻由于虚地、虚断及虚短定理，可求出输出电压此电路 中利用输出电压vo1通过反馈元件（R4）对放大电路起自动调整作用，从而牵制了 vo1的 变化，最后达到输出稳定平衡4.1.2 参数计算图4.1所示为反相输入的加法电路，它实质上是多端输入的电压并联负反馈电路由于虚地，有v = J =0;此外，由于虚断，有i二i =0，对节点N，有n P n P4.1.1)V V V+ —2 = —-O1R R R1 2 4v01可得4.1.2)由4.3.2节内容，R = 50KQ , R = 25KQ, R = 100KQ，故满足下列关系式 124v = -（4V + 2V ） （4.1.3）01 1 24.1.3 波形分析（1）当v为幅值1V的正弦波，v为幅值2V的矩形波，且频率都为2kHZ时，输出应该 12为幅值为10V的波形图。
图 4.2 输出电压波形图4.2 第二级运算放大电路4.2.1 工作原理电路分析：如图4.3所示的放大电路，该放大电路采用双端输入的方式，图中Vol （矩形 波）通过R5加到反相端，V3 （正弦波）通过R7、R8分压后加到同相端输出信号通过R6、 R5组成反馈网络加到反相端双端输入放大电路的输出电压性工作条件下可利用叠加 定理进行参数计算4.2.2参数计算图4 . 3为一个运放组成的差动输入的减法电路，运用虚短概念，有和由两式且V二V可知,V - V V - V—O1 n = —n OR R56V - V V—3 p = pR R78(4.2.l)(4.2.2)r v―o1I R5V )R6丿RR——5_6—R + R56-(R V + R V )= V = R8 VR + R 65 o pR + R 35 6 7 8(4.2.3)np可解得R + R—5 6RR )—8——八R + R丿78RV -— V3 R o1(4.2.4)由第4.3.2节内容可知R二2OK0, R二2OK0, R二4OK0 , R二4OK0，故满足下列关5678系式V 二V -V (4.2.5)o 3 o14.2.3 波形分析(1)当Vol为幅值4V的矩形波弦波，v2为幅值2V的正弦波形波，且频率都为lOkHZ 时，输出应该为幅值为6V的波形图。
图4.4输出电压波形图4.3 运算放大电路4.3.l 工作原理9电路图分析：图4.5所示的电路为加法运算电路，是由图4. 1中的输出端的电压Vol充 当图4.3中的反相端的信号电压，形成一个输入与输出具有线性关系的电路图此电路图 中先输入V1和V2,再通过第一级运放电路后形成一定放大倍数的电压，再与V3构成双端 输入式放大电路，V3 （正弦波）通过R7、R8分压后加到同相端最终的输出信号通过R6、 R5组成反馈网络加到反相端最得到输出电压Vo,使Vo与V1、V2、V3具有相加的线性 关系此电路中利用输出电压Vo通过反馈元件（R1、R2、R4、R5、R6）对放大电路起自 动调整作用，从而牵制了 Vo的变化，最后达到输出稳定平衡4.3.2 参数计算由式4.1.3)和式(4.2.4)V01(乞V +乞JI R 1 R12(4.3.1)R + R—5 6R5R八笃+ 丿RV ―心V3R o15可得下式(4.3.2)RR RR R(R +R )二一6~V + ―6~V + —8 5 6 VR R i R R 2 R (R + R )35 1 5 2 5 7 8根据设计要求，需要实现u二2u + 4u +u，可得下式 o i1 i 2 i3RR 2a 二一4~6 = 2RR15RRb = 6 4V = 4 (4.3.3)R R52R (R + R ) 1R (R + R )5 7 8可求得其中一种解：R = 50KG, R = 25KG, R = 10KG , R = 100KG1234R =20KG, R =20KG, R =40KG, R =40KG5678此时电路中输出与输入满足下列关系式：V = 2V + 4V +Vo 1 2 34.3.3 波形分析(1)当VI为IV的正弦波、V2为4V的矩形波且频率都为2kHz时，V3为2V频率为1kHz 时的正弦波，输出波形如图4.6所示。
类型无正弦I标准I自初通道B 比例|弓沁瞬 示?J^ii-XSC2Ext. Triggerr丄T2-T1边沿_lJ k日i夕剧旦平Y位置F| 0 |~DC~时间牌比別 |200 us/Div xQS |oF7T加载|瑚|词¥位置|0AC图 4.6 输出电压波形图时间 谨道丿 通直E1.800 ms -19.199 V反向通道匸比例 |10 V/Civ4.4 线性直流稳压电源线性稳压电源的主要结构如下图所示：4.4.1 工作原理波电路220 Vpk100 Hz 0°41D17-i50Q丄C1 -r2.2mFU1LM7812CTLINE VREGVOLTAGE¥C3onFCOMIMON丄C4L -r3uF图 4.7 线性直流稳压电源电路图分析：电子设备中都需要稳定的直流电源直流稳压电源一般由电源变压器， 整流电路，滤波电路及稳压电路所组成变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电 整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动 电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电压波动、 负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电 路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将 220V 交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出 直流电压。
4.4.2 各部分电路分析(1)电源变压器电源变压器是最常用的一类变压器根据次级电压 v 与初级电压 v 的关系不同，电源变21压器可分为降压变压器( v v )、隔离变压器( v = v )和多绕组变2 1 2 1 2 1压器等此次利用的是降压变压器，将220V的交流电压v变换成整流滤波电路所需交流1(2)单向桥式整流电路整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件(如二极管、晶闸 管等)，将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压但是，这种电压直流幅 值变化很大，包含有很多的脉动交流成分，还不能作为直流电源使用对于高质量的稳压 电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相 半波整流电路，和单相全波整流电路本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两 两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电 压图 4.8 单向桥式全波整流电路0°⑶n型滤波电路经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用为了减少其交流成分，通常在整 流电路后接有滤波电路滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤 除掉，使其变成平滑的直流电。
在小功率电路中常采用电容滤波电路，将滤波电容C直接并联在负载 RL 两端，就可组成电容滤波电路由于电容的储能作用，使得输出直流电压 波形比较平滑，脉动成风降低，输出直流电压的平均值增大，采用电容滤波电路可以得到 脉动性很小的直流电压V 二 29.1Vc1电阻 R 两端的电压为2V 二 26.5VL流经 R 的电流为2 VI =-l 二 0.053AL R2则C1可选耐压30V容量为2.2mF的电解电容，C4可选耐压30V容量为3uF的电解电容图 4.10 单电源集成稳压电路谢示液器-X孔1时间通逍」反冋 112. 500 ms311.127 V31.113 V50.000 ms572.589 nV57.259 nV保存 137. 500 ms-311.127 V-31.113 VT2F时间睥比例 p ms/Div xfeS [ol"T加载|A阳|比例 1100 V/CiiviSj^B比例 | 100 V/Div Yf立置[O-Ext. Triggerr触发FH边沿k七Ik E |外部I 1电平1°AC | 0 [DC - |宦|粪型正建|标:住|白动|天（4）单电源集成稳压电路I Vj220 Vpk 、；J100 Hz0°I 2-交流电网电压经过变压、桥式整流、电容滤波后的不稳定的直流电压加至 LM7812 集成 稳压器的输入端（IN）和公共端（GND）之间，则在输出端（OUT ）和公共端（GND）之间 可得到固定的稳定电压输出。
其中，C2、C3是高频旁路以及为防止自激振荡用选用集成稳压型号，确定电路形式 查器件手册选三端固定式稳压器LM7812，特性参数在 手册中查得：输出电压Uo=11.5-12.5V,最大电流为1A，最小输入电压为14V,最大输入电 压为 35V4.4.3 波形分析（1）变压部分图 4.11 变压器两端电压(2)整流部分矽■示 ^-XSCl时间通道丄氐向1-2. 500 nnsmi：L 127 V29.532 V50.000 ms572.829 nV13.809 uV保存37. 500 ms-311.127 V-29・ 532 V「时间 比例|5ms/Div —三|比例|01 甫 is B比例 |WQ V/Div触岌边沿 r^ii^ip(3)滤波Yf立盖 P电平AC0 | DCAC IfBr口
由于虚地、 虚断及虚短定理，可求出输出电压此电路中利用输出电压vo1通过反馈元件对放大电路 起自动调整作用，从而牵制了 vo1的变化，最后达到输出稳定平衡加法运算电路先经过一级运算放大器形成如下线性关系：v = -（4V + 2V ）01 1 2第二级运算放大电路采用双端输入的方式，Vol加到反相端，V3加到同相端输出信 号通过 R6、R5 组成反馈网络加到反相端双端输入放大电路的输出电压性工作条件 下可利用叠加定理进行参数计算在经过二级运算放大器形成最终结果：V 二 2V + 4V +Vo 1 2 35.2线性直流稳压电源电子设备中都需要稳定的直流电源直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤 波电路及稳压电路所组成变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路用 来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交 流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电压波动、负载和温度 变化时，维持输出直流电压的稳定本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变 压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压在调试过程中，主要调节两个电容的大小来减小失真的部分，然后通过调节稳压部分 中的几个电阻进一步获得稳定的16V输出电压。
6 元器件清单数量描述参考标 识封装2RESISTOR, 40kQR10, R71RESISTOR, 25kQR91RESISTOR, 50kQR81AC POWER, 10 Vrms 1kHz 0°V4Generic1CLOCK VOLTAGE, 2kHz 5 VV3Generic1AC VOLTAGE, 5 Vpk 2kHz 0°V2Generic2RESISTOR, 20kQR6, R51RESISTOR, 100kQR41POWER SOURCES, GROUND0Generic1RESISTOR, 10kQR31RESISTOR, 50QR21CAPACITOR, 3uFC41RESISTOR, 300QR11CAPACITOR, 100nFC31CAPACITOR, 330nFC21CAPACITOR, 2.2mFC11TS IDEALT1Generic1AC_VOLTAGE, 220 Vpk 100 Hz0°V1Generic7 主要元器件介绍1. 运算放大器 LM358低功耗，共模输入定呀范围宽，包括接地适用于电源电压范围很宽的单电源使用，在 一定工作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模 块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合2. 固定式三端集成稳压器 LM7812交流电网电压经过变压、桥式整流、电容滤波后的不稳定的直流电压加至 LM7812 集成 稳压器的输入端（IN）和公共端（GND）之间，则在输出端（OUT ）和公共端（GND）之间 可得到固定的稳定电压输出其中，C2、C3是高频旁路以及为防止自激振荡用选用集成 稳压型号，确定电路形式 查器件手册选三端固定式稳压器LM7812，特性参数在手册中查 得：输出电压Uo=11.5-12.5V，最大电流为1A，最小输入电压为14V，最大输入电压为35V小结经过本次课程设计，我深刻体会到实践出真知的意义通过上学期对电子技术基础模 拟部分的学习，我对这门课程有了一定的基础知识本次课设，我很幸运地选到一个相对 简单而且熟悉的课题根据运算放大器的性质，实现一个加法电路，还要求设计一个电源看似简单的课题，虽然学校要求是一个周的时间，但对我而言，我足足花了两个周 刚选完我便开始复习运算放大器的相关学术知识，我发现教材上的内容对本次设计而言， 略有不足面对这样的设计，我真的不知如何着手与解题不同的是，我们不仅需要学好 知识，还要学会如何运用。
终于通过上网和图书馆的图书资源，我大概有了设计方向我先把电路的雏形画了出 来，前前后后这次设计我画出了三种方案，通过与同组成员对比讨论，我最后选了两级反 相输入，第二级使用减法器实现本次课设的目的相比仿真来说，简单地在草纸上构思真的很轻松刚开始画图就遇到各种各样的问题， 各种各样的元件有不同的性能，如何选择也成了一大难题为了满足设计要求，需要根据 电路来计算阻值为了仿出波形，一次又一次的改变参数面对重重困难，只能反复查阅资料，询问同学老师虽然本次设计不是完美的，但对 于我来说，是一次很大的历练通过这次模电课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试 熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法同时对直流稳压电源构造及原理这一部 分的知识基础也更深入掌握我感觉自己的知识得到了拓展，更深一步理解了老师上课所 讲的内容希望在以后的学习中，我不会让所学到的内容白白浪费掉，做到真正的学已致用！本次设计更让我明白的是，遇到困难不能气馁更不能妥协虽然遇到了各种各样的错 误、困难软件出问题，花了几个小时卸载安装电路出现错误，反复查阅资料，对照书 籍，最终找到解决方案其次，书本知识很重要，除了书本知识更要学会利用图书馆的书 籍资源已经图书馆系统的数据资源。
通往成功的路上一定是曲折的以小见大，这便是本 次课设的人生感悟！功夫不负有心人，这次课设圆满结束感谢老师和同学们的帮助！致谢对于本次课程设计，首先要感谢的是指导我课设的秦宏老师，每次课上检查老师都会 具体到每一位同学，为我们指出错误与不足，帮助我们改正和完善耐心的总结每组每个 课题设计的核心，为了我们能取得优异的成绩，哪怕是课余时间也耐心为我们解答这一 个周，每节课老师都细心的检查我们的电路，仿真结果真的特别感谢秦老师的付出然后我还要感谢的是教我们班模电课的罗老师，罗老师风趣的教学风格，让我们更容 易地接受知识为本次设计奠定了扎实的基础最后我要感谢帮助过我的同学，谢谢你们不厌其烦的帮我修改电路感谢你们在自己 也有任务的同时，帮助我解答疑问真诚地向你们致谢！参考文献[1] 康华光.电子技术基础（数字部分）.北京：高等教育出版社，2014[2] 程勇•实例讲解MultisimlO电路仿真•北京：人民邮电出版社，2010[3] 李国丽.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2012⑷沈任远•模拟电子技术基础•北京：机械工业出版社，2013⑸李宁•模拟电路•北京：清华大学出版社，2010附 录 A 电路图V1 5220 Vpk100 Hz 0°2 37j R2“50?6丰C2330nFU1LM7812CTLINE VREGVOLTAGE 1COMMON*C3100nFC1 2・ 2mF士 C43uFR1 300?0L«<。