1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计2012 年 7 月 1 日课 程 电子技术课程设计 题 目 电流电压转换电路的设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 东北石油大学课程设计任务书课程 电 子 技 术 课 程 设 计 题目 电 流 电 压 转 换 电 路 专业 自动化 姓名 学号 主要内容：1.将 4mA20mA 的电流信号转换成10V 的电压信号，以便送入计算机进行处理。这种转换电路以 4mA 为满量程的 0对应10V，12mA 为 50对应 0V，20mA 为 100对应10V。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） 。主要
2、参考资料：1 陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计M.北京：电子工业出版社，20002 杨振江.新颖实用电子设计与制作M.西安电子科大出版社，20003 杜龙林.用万用表检测电子元器件M.辽宁科学技术出版社，20014 电子电路百科全书编辑组.电子电路百科全书M .北京：科学出版社，19885 童诗白，华成英 .模拟电子技术基础（第四版）M .高等教育出版社，20066 彭介华.电子技术课程设计指导M.高等教育出版社，19977 李哲英等 .实用电子电路设计M.北京：电子工业出版社，1997完成期限 2012.6.25-2012.7.1 指导教师 专业负责人 2012 年 6 月 24 日目 录
3、1 任务和要求.12 总体方案设计与选择.12.1 分析任务和要求.12.2 方案一设计及分析.12.3 方案二设计及分析.22.4 电流提供部分的方案.23 单元电路设计及参数计算.33.1 直流源四个组成部分分析.33.2 第一级电流的计算.33.3 第二级电流的计算.44 总原理图.45 安装和调试.45.1 安装.55.2 调试.56 性能测试与分析.56.1 直流源性能测试与分析.66.2 电流电压转换电路性能测试与分析.67 设计总结.7参考文献.8电子技术课程设计（报告）01 任务和要求1.将 4mA20mA 的电流信号转换成10V 的电压信号，以便送入计算机进行处理。这种转换电
4、路以 4mA 为满量程的 0对应10V，12mA 为 50对应 0V，20mA 为 100对应10V。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） 。2 总体方案设计与选择2.1 分析任务和要求题目要求之一：要求将 4mA20mA 的电流信号转换成为10V 的电压信号，可以在集成运放引入电压并联负反馈，从而达到电流-电压转换。题目要求之二：要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的12V 直流电源。我们知道直流电源可由四部分构成，变压器，桥式整流电路，电容滤波电路及集成稳压电路构成。通过对各元器件参数的计算及电路的组合分析可初步定制出原理图。2.2 方案一设计
5、及分析（一）设计一个第一级增益为 1 的差动输入电路，第二级增益为 2.5 的电路。其原理图为：V112 V R1500R420kKey=A 52%R610kR710kU1UA741CD3247651R210kKey=A70%R310kVCC12VVDD-12VXMM1R510kR910kR10750R1110kKey=A50%R125kKey=A 23%R134kU2UA741CD3247651D16.2 V XMM3VDD-12VVCC12VXMM2 R820k（2）桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计（12V） 。分四个部分，分别为：电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路。我
6、们分别设计出其四个部分的电路图，再经过组合得到其总原理图为：图 1 原理图电子技术课程设计（报告）1方案一总结：优点：精确，操作方便。缺点：一些 2K 电位器不易买到但可以用 5K代替。2.3 方案二设计及分析（一）设计一个第一级增益为 1 的电压并联负反馈，第二级增益为 2.5 的电路。V112 V R110kKey=A 70%U1UA741CD3247651U2UA741CD3247651R21kKey=A 50%R310kR450kKey=A50%R710kR81kXMM1XMM2XMM3VDD-12V VDD-12VR510kR610kKey=A65%V212 V （二）桥式整流电容滤
7、波集成稳压块正负直流电源电路设计（12V）同方案一方案二总结：优点：电路虽较简单，缺点：器材不容易买到，像运放 OP4558,温度补偿性二极管，很容易操作。通过对 2 个方案的比较分析，我们选出了最优的方案方案一。2.4 电流提供部分的方案用 VCCS 受控源提供电流。如下图：图 2 总原理图图 3 电路图电子技术课程设计（报告）2R11kKey=A50%R21kR31kKey=A 50%I11 A U1OPAMP_5T_VIRTUAL132VCC -12VVCCVCC3 单元电路设计及参数计算3.1 直流源四个组成部分分析（一）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
8、副边电压 u2 应大于 24V，现有的器材可选变压后副边电压 u2 为 15V 的变压器。（二）整流电路。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。（三）滤波电路。滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。（四）稳压电路。三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。由于本课程设计要求12V 的输出电压，所以
9、我们选用 7812 和 7912 的三端稳压管 3.2 第一级电路的计算由于设计要求是要把 的电流转换成电压，所以要提供电流源。可以0mA4用制作的 直流源与一电位器串联，通过调节电位器从而达到所需的电流，运放采12V用差动输入。图 10 第一级电路图 4 VCCS 受控源电子技术课程设计（报告）3,当 时， ;当 时，U/RI4mAI 3K12V/4mAU/IR20mAI.所以只要调节电位器的阻值在 之间就可以达到电06K12V .6流 。4选择电位器 为 的电位器， 可由 2 只 电阻并联实现。这样输入电215.011流 对应电压 ，输入电流 对应电压 。 设计增益为 1，对应输出电压mA
10、2mAVA为 .故要求电阻 阻值相等，取 。-0V764R 0KR4763.3 第二级电路的计算因为第一级电压变化范围为 .而最终输出应为 ，变化范8V10-2）（ 1V-围 ，故 级增益为 倍，又输入电流为 时， 输20(-1)0A25/ 2mA1出电压为 .此时要求 输出为 。故在 反相输入端加入一个-6.5m* 2的直流电压，使 输出为 0。 运放采用反相加法器，增益为 2.5 倍。取6V22(以用 的电位器进行调节，所以选择 的电位KR10,K,R1859 110K器)， 。反相加法器引入电压为 ，可以用754,/093 6V稳压管稳压，从而达到所需的 .6.2- 6V4 总原理图电流
11、电压转换电路V112 V R1500R420kKey=A 52%R610kR710kU1UA741CD3247651R210kKey=A70%R310kVCC12VVDD-12VXMM1R510kR910kR10750R1110kKey=A50%R125kKey=A 23%R134kU2UA741CD3247651D16.2 V XMM3VDD-12VVCC12VXMM2 R820k图 5 电流电压转换电路图 12 电流电压转换电路电子技术课程设计（报告）45 安装与调试5.1 安装依据已设计出的电路图，合理地在电路板上布局，拉线。在安装的过程中注意以下几点：1、大电解电容的正负极不能接反；2
12、、uA741 的各管脚不能接错；3、三端稳压管三个端的作用一定要分清；4、焊时拉线要直，焊点应均匀。5.2 调试（一）直流源动态调试将变压器插头插至 交流电后，开始测变压器的副边电压 及滤波输出电压20V2U、 还有稳压管输入电压 和 ，最后测试 和 。这几个步骤应按顺序进1U2 i1Ui2o12行，若其中某一个步骤出现问题，应及时停下进程，切断电源，查找和想法排解故障。（二）电流电压转换电路动态调试先用仿真软件将原理图仿真，观察其是否符合理论结果。仿真结果如下：可知原理图符合实验要求，达到预期结果图 6 仿真结果电子技术课程设计（报告）56 性能测试与分析6.1 直流源性能测试与分析（一）直
13、流源性能测试在调试成功后，我们开始测试直流源各组成部分的电压。具体过程如下：测量值：(1).W7812 两端管压降： W7912 两端管压降：5V.99.5V(2). 12:VC12-:C（二）直流源数据处理及误差分析： 1、数据处理（理论值）：（1）W7812/W7912 两端管压降： 9V误差计算： 5.6%10*/|-.5| （2）稳压电压： -2:C 2:误差计算： ；/|-1| 0%1*/2|-1| ）（2、误差分析：（1） 、实验时读数不仔细引入实验误差；（2） 、实验仪器不够精确；（3） 、电子元件本身制作不精良；（4） 、焊接技术不够成熟，导致电路板没达到理想结果。6.2 电流
14、电压转换电路性能测试与分析（一）电流电压转换电路性能测试1、数据处理输入电流( )mA第一级输出电压理论值（ ）V第一级输出电压实际值( )V第二级输出电压理论值( )第二级输出电压实际值( )V4 -2 -1.97 -10 -9.885 -2.5 -2.62 -8.75 -8.656 -3 -2.95 -7.5 -7.518 -4 -3.99 -5 -5.010 -5 -4.98 -2.5 -2.51电子技术课程设计（报告）6误差计算：当 时，mA 4I 2%10*/|-9.8|1 ）（当 时，2|0|2当 时， 0I .5/|-.5|32、误差分析：（1） 、电子元件制作不精良；（2） 、
15、焊接技术有待提高；（3） 、实验仪器本身存在误差,集成运放不是理想的；（4） 、直流电源带负载能力有影响；（5） 、实验读数时不仔细引入实验误差。7 设计总结1、由此实验可知，引入一个第一级增益为 1 的差动输入电路，第二级增益为 2.5的电路可以实现电流到电压的转换。这个实验达到了设计要求，即1.将的电流信号转换成 的电压信号，以便送入计算机进行处理。这种转20mA410V换电路以 为满量程的 对应 ， 为 对应 ， 为 对应%-2mA50%V20mA1%。1V2、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（ ）2V3、在此次课程设计的之初，我们遭遇了很多障碍，感到无法理出思
16、绪，不知从何下手，经过查阅相关书籍及上网进入相关知识库搜索，咨询学长学姐，我们逐渐找到方向，突破了难点，初步确定理论知识，并画出电路图仿真。实验过程中，要克服很多的困难，最难的就是调试；同时由于焊接的电路板不是很方便接线，容易掉铜片，所以接线要格外小心。实验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12 -6 -6.02 0 014 -7 -7.0 2.5 2.4516 -8 -7.88 5 4.8918 -9 -8.95 7.5 7.48 20 -10 -9.91 10 9.85电子技术课程设计（报告）7理解，对元件的认识也很浅。但经过这次的课程设计制作，增加了我们对
17、元件的了解。再来，焊接直流电压源，看到很多同学焊接了两次，让我明白要想一次成功，必须掌握个个器件的作用，分清各个器件的管脚分部，经过几次布局，再加上认真确认管脚使我一次焊接成功。但避免不了的存在一定误差。 最后，电流电压转换电路的实现，焊接很顺利，就是调试时有一定难度，因为有三个变位器而且调试任何一个都会影响输出结果，还有实验室一般具备现成的电压源，没有现成的电流源，经过向同学请教一番，电流电压转换电路顺利实现。总之此次课程设计对我而言意义非凡，它让我找回了对此课程的兴趣，认识了自己的兴趣，加深了我对理论知识的理解，强化我的动手能力。通过这次课程设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而
18、且提高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。电子技术课程设计（报告）8参考文献1 陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计M.北京：电子工业出版社，20002 杨振江.新颖实用电子设计与制作M.西安电子科大出版社，20003 杜龙林.用万用表检测电子元器件M.辽宁科学技术出版社，20014 电子电路百科全书编辑组.电子电路百科全书M .北京：科学出版社，19885 童诗白，华成英 .模拟电子技术基础（第四版）M .高等教育出版社，20066 彭介华.电子技术课程设计指导M.高等教育出版社，19977 李哲英等 .实用电子电路设计M.北京：电子工业出版社，1
19、997电子技术课程设计（报告）9东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称 电 子 技 术 课 程 设 计题目名称 电流电压转换电路的设计 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 序号 评价项目 指 标 满分 评分1 工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202 课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453 创新 工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。 54 答辩 能正确回答指导教师所提出的问题。 30总分评语：指导教师： 年 月 日
