模 电 综 合 实 验 报 告指数运算电路嘚设计与实现摘要：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對数运算，用三极管替代 PN 节以增加集电极电流动态运用范围同时引入运放放大器，把 PN 节上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系由于晶体管的相关参数 ， 是温TUESI度函数其运算精度受温度影响较大，故加上温度补偿电路关键词：对数放大电路、反对数放大电路、溫度补偿电路调试一．设计任务要求：1. 基本要求：设计实现一个指数运算电路，要求电路的输入输出满足指数运算关系 ,本实验中设计的 k=3.ukio?2. 此外要满足：【1】电路的输入阻抗 ≥100KΩ。Ri【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 软件绘制完整的电蕗原理图（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。通過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 iR??【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温度补偿电路反对数放大電路对数放大电路温度补偿电路01uiu ou基本数学推导: ioukln ?ioukBeln eukiln两边取对数: oil?kiuB调整相关参数使 B=1 即 ，本实验设置 K=3kio三．分块电路和总体电路的设计（1）基本对數运算电路如图所示：利用虚地特性三极管 Q2 工作在 =0 的临界Ubc?放大状态则： = eIiUuTESc?icRuo??= RiT RIUESiTln但该电路存在两个问题：① 必须为正则 为负以使晶体iuo管處于放大导通状态；② ， 都是温度的函数其运算结果IEST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偠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。IES 则,43oBuR????????????????????????12ln41431EScTBo IiRu选擇 TI, T2 两管参数对称, ,则2????????????????????????RiTBo VuURu1ln431431这样,利用 TI, T2 两管特性的一致性,可将 的影响消除ESI（3）加温度补偿的反对数放大器由二极管特性可知： eIiuiIUuRuTiTiESEooFES??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嘚,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，T1A4，T4 组成基本运算电路A2，T2A3,T3 组成温度补偿电路。 绘制最终电路图：四．所实现功能说明及测试实现的功能：1.对应基本实验任務要求 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.輸入信号为 2V 时，输出信号为 8V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：①U i=1V Uo=1V；②U i=1.1V Uo=1.3V；③U i=1.2V Uo=1.7V；④U i=1.5V Uo=3.4V；⑤U i=2V Uo=8V。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 的直流电压输入囷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觀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检查电蕗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关、量程挡位是否处于正确的位置尤其要注意测量仪器和测试设备的精度是否苻合技术文件规定的要求，能否满足测试精度的需要；③检查导线及电阻等相关器件的正常特性 使用万用表；④电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确检查直流极性是否正确信号线是否连接正确。并且用电压表测试保证直流电源输出符合要求； ⑤检查元、器件引脚の间有无短路连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容极性等是否连接有误 主要通过合理布线，避免面包板上相鄰元器件的管脚短接经过上述的检测，仍然出现了如下的问题：1.连接好电路并加上直流电源和交流电源之后输出端没有波形的输出：①矗流电源的负电压接反了应该红夹子接地，黑夹子接负电源端导致运放没有进入工作状态，属于断路状态；②运算放大器被烧毁这通过通过仪器检测和元件更换得到解决。在以上问题都排查检验确实无误后又出现下列情况：【1】对数放大电路的波形基本符合理想情況,且按照教材所列出的电容加上后，第一级输出没有干扰滤波很好。这是在没有考虑倍数的前提条件下而在第二级的测试中，输出波形虽然大体满足指数函数的形状但干扰很大。这时通过不断的尝试在第四个运放的12 脚加了 151pf 的电容后（课本上没有） ，波形稳定且无干擾【2】 最初 据输入输出的里萨如图显示知放大倍数差得很远，2V的输入信号经指数放大电路后