電子線路課程設(shè)計(jì)--簡易的函數(shù)發(fā)生器

1、<p><b>　　電子線路課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： 簡易的函數(shù)發(fā)生器 </p><p>　　院 部： 電子與信息學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　設(shè)計(jì)課

2、題： 簡易的函數(shù)發(fā)生器</p><p>　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求根據(jù)題目，然后完成以下任務(wù)：查閱資料，設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波編寫課程設(shè)計(jì)說明書要求：頻率為100~1KHz幅度為2.5V掌握文氏橋震蕩電路完成電路的制作，測試結(jié)果</p><p>　設(shè)計(jì)步驟查閱相關(guān)資料；先給出總體方案并對工作原理進(jìn)行大致的說明；依次對各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以

3、及與其他部分電路的關(guān)系等等說明；列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；制作并調(diào)試電路，進(jìn)行測試，得到想要的波形。總體電路及總體電路原理相關(guān)說明；列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不得少于3000字。</p><p>　參考文獻(xiàn)[1] 李萬臣主編 .《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版2001.3 [2]沈明發(fā)等編 .《低頻電子線路實(shí)驗(yàn)》.廣州:暨南大學(xué)出版社，2001.10[3] 劉志軍主

4、編．《模擬電路實(shí)驗(yàn)教程》．北京：清華大學(xué)出版社 , 2005.5[4] 康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第四版）．武漢：高等教育出版社，2005.7[5] 舒慶瑩．凌玲．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)．武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.2</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要電路采用文氏電橋振蕩電路。如圖1-1文氏橋振蕩電路由放大電路和

5、選頻網(wǎng)絡(luò)兩部分組成,施加正反饋就產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率由RC網(wǎng)絡(luò)的頻率特性決定。它的起振條件為：，振蕩頻率為：。運(yùn)算放大器選用LM741CN，采用非線性元件（如溫度系數(shù)為負(fù)的熱敏電阻或JFET）來自動調(diào)節(jié)反饋的強(qiáng)弱以維持輸出電壓的恒定，進(jìn)而達(dá)到自動穩(wěn)幅的目的，這樣便可以保證輸出幅度為2Vp-p；而頻率范圍的確定是根據(jù)式fo=1/2πRC以及題目給出的頻率范圍來確定電阻R或電容C的值，進(jìn)而使其滿足題目的要求。</p><p

6、>　　關(guān)鍵詞：文氏電橋、振蕩頻率、LM741CN、JFET</p><p>　　Abstract：This design main circuit uses the wien bridge oscillating circuit. Figure 1-1,the wien Bridge oscillator circuit by amplifying circuit and selected frequenc

7、y network composed of two parts. Imposed on the positive feedback generated oscillation, RC oscillation frequency from </p><p>　　(such as the negative temperature coefficient thermistor or JFET) feedback to

8、automatically adjust the strength to maintain a constant output voltage, thereby achieve the purpose of automatic rate steady, this will ensure that the output rate of 2 Vp-p; And frequency range are determined according

9、 to type fo = 1 / 2 π RC, as well as the frequency range of topics presented to determine resistor or capacitor C R value, thus enable them to meet the requirements of Title.</p><p>　　Key words：The wien brid

10、ge, Oscillation frequency, LM741CN, JFET</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. 系統(tǒng)方案選擇和論證1</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本方案1</p><p>　　1.1.1 正弦波振蕩電路的選擇與論證1</p><p>

11、;　　1.1.2 穩(wěn)幅控制的選擇與論1</p><p>　　1.1.3 運(yùn)算放大器的選擇2</p><p>　　1.1.4 最終的方案選擇2</p><p>　　2. 主要電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 文氏電橋振蕩電路的設(shè)計(jì)與主要特性3</p><p>　　2.1.1 RC選頻網(wǎng)絡(luò)及其特性3<

12、;/p><p>　　2.1.2 集成運(yùn)放電路5</p><p>　　2.1.3 分立電路6</p><p>　　2.2 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程7</p><p>　　2.2.1 熱敏電阻的穩(wěn)幅過程7</p><p>　　2.2.2 JFET的穩(wěn)幅過程7</p><p>　　2.3 振

13、蕩頻率和輸出幅度的計(jì)算8</p><p><b>　　心得體會9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：10</b></p><p>　　附表：元件清單10</p><p><b>　　附圖Ⅰ11</b></p><p><b&g

14、t;　　附圖Ⅱ12</b></p><p>　　1. 系統(tǒng)方案選擇和論證</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本方案</p><p>　　1.1.1 正弦波振蕩電路的選擇與論證</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用文氏電橋振蕩電路。如圖1-1。</p><p>　　圖1-1 RC橋式振蕩電路</p>

15、<p>　　這種電路的特點(diǎn)是：它由放大器即運(yùn)算放大器與具有頻率選擇性的反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，施加正反饋就產(chǎn)生振蕩。振蕩頻率由RC網(wǎng)絡(luò)的頻率特性決定。它的起振條件為： 。它的振蕩頻率為： 。</p><p>　　1.1.2 穩(wěn)幅控制的選擇與論</p><p>　　方案一：采用硅二極管來組成限幅電路。這種電路的溫度特性較差（溫度升高輸出振幅下降），幾乎沒有實(shí)用價(jià)值。故不采用。</p&

16、gt;<p>　　方案二：采用發(fā)光二極管LED組成限幅電路。LED是利用其正向電壓與穩(wěn)定的溫度特性，它的正向電壓比通常的硅二極管大，溫度特性比三個(gè)串聯(lián)的二極管要穩(wěn)定的多。但該種電路的振幅穩(wěn)定度和波形失真率都不太好，故不采用此方案。</p><p>　　方案三：在放大電路的負(fù)反饋回路里采用非線性元件來自動調(diào)整反饋的強(qiáng)弱以維持輸出電壓恒定。例如，在圖1-1所示的電路中，Rf可用一溫度系數(shù)為負(fù)數(shù)的熱敏電阻

17、代替。當(dāng)輸出電壓|V0|增加時(shí)，通過負(fù)反饋回路的電流|If|也隨之增加，結(jié)果使熱敏電阻的阻值減小，負(fù)反饋加強(qiáng)，放大電路的增益下降，從而使輸出電壓|V0|下降;反之，當(dāng)|V0|下降時(shí)，由于熱敏電阻的自動調(diào)整作用，將使|V0|回升，因此，可以維持輸出電壓的恒定。也可利用JTFET工作在可變電阻區(qū)。當(dāng)JFET的漏源電壓Vds較小時(shí)，它的漏源電阻Rds可通過柵極電壓來改變。因此，可利用JFET進(jìn)行穩(wěn)幅。該電路頻率穩(wěn)定度由使用的電容的溫度系數(shù)決定

18、，而振幅穩(wěn)定度和波形失真率都得到改善。</p><p>　　方案四：采用可編程模擬電路提供單片機(jī)正弦振蕩器的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　1.1.3 運(yùn)算放大器的選擇</p><p>　　考慮到綜合性能和題目要求的關(guān)系這里我們選用LM741CN作為運(yùn)算放大器</p><p>　　1.1.4 最終的方案選擇</p><p&g

19、t;　　文氏電橋振蕩電路適用的頻率范圍為幾赫茲到幾百千赫茲，可調(diào)范圍寬，電路簡單易調(diào)整，同時(shí)波形失真系數(shù)為千分之幾。很適合我們題目的要求。故采用文氏電橋振蕩電路以及利用非線性元件來控制電壓，起到穩(wěn)幅的作用。選用LM741CN作為運(yùn)算放大器。</p><p><b>　　2. 主要電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 文氏電橋振蕩電路的設(shè)計(jì)與主要特性</p

20、><p>　　RC文氏電橋振蕩電路是以RC選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的振蕩器，其模型框圖如圖1-2：</p><p>　　圖1-2 RC振蕩器框圖</p><p>　　這個(gè)電路由兩部分組成，即放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大電路由集成運(yùn)放所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，取其輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點(diǎn)。而選頻網(wǎng)絡(luò)則由Z1、Z2組成，同時(shí)兼做正反饋網(wǎng)絡(luò)。由圖1-1可知，Z1、Z2和R1、Rf

21、正好形成一個(gè)四臂電橋電橋的對角線頂點(diǎn)接到放大電路的兩個(gè)輸入端，橋式振蕩電路由此得來。</p><p>　　2.1.1 RC選頻網(wǎng)絡(luò)及其特性</p><p>　　如圖1—3（a） </p><p>　　圖1-3 RC選頻網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　RC選頻網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)為：</p><p>　　令：R1=R2=R C

22、1=C2=C</p><p>　　RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)具有選頻作用，它的頻率響應(yīng)特性由明顯的峰值。</p><p>　　反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為：</p><p>　　當(dāng)ω=ωo(諧振頻率)=1/RC 時(shí),Fv=1/3(φf=0)</p><p>　?。?） 幅頻特性曲線</p><p><b>　　如圖1-3(b

23、)</b></p><p><b>　　由上式：</b></p><p>　　ω=ωo時(shí)： Fv(ωo)=1/3(最大)</p><p>　　ω<ωo時(shí)： 當(dāng)ω→0 ，F(xiàn)v(ω)→0</p><p>　　ω>ωo時(shí)： 當(dāng)ω→∞，F(xiàn)v(ω)→0</p><p>　　由上圖可見

24、,當(dāng)時(shí),達(dá)到最大值并等于1/3,相位移為00,輸出電壓與輸入電壓同相,對于該頻率,所取的輸出電壓即幅度是最大的,所以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻作用.</p><p>　　(2) 相頻特性曲線</p><p><b>　　如圖1-3（b）</b></p><p>　　①ω<ωo時(shí)(ω減小)</p><p>　　Xc1&g

25、t;>R1 ,C1與R1串聯(lián)→ Xc1</p><p>　　Xc2>>R2 ,C2與R2并聯(lián)→ R1</p><p>　　則：vo超前vs相位φ(ω→0時(shí),φ→+π/2)</p><p>　　②ω>ωo時(shí)(ω增大)</p><p>　　Xc1<<R1 ,C1與R1串聯(lián)→ R1</p><

26、p>　　Xc2<<R2 ,C2與R2并聯(lián)→ Xc2</p><p>　　則：vo滯后vo相位-φ(ω→∞時(shí),φ→-π/2)</p><p>　?、郐?ωo時(shí)，vo與vo同相</p><p>　　2.1.2 集成運(yùn)放電路</p><p><b>　　如圖1-4</b></p><p&g

27、t;　　圖1-4集成運(yùn)放文氏電橋振蕩器</p><p>　　正反饋支路→運(yùn)放+端</p><p>　　ω=ωo=1/RC 時(shí)，相位平衡(φf=0)</p><p>　　由振幅平衡條件：AvFv=1</p><p>　　已知：Fv'= F+=1/3</p><p>　　故要求： Av≥3(Av應(yīng)≥反饋量)<

28、/p><p>　　(2) 負(fù)反饋支路→運(yùn)放-端</p><p>　　作用：改善波形，穩(wěn)定振幅，</p><p>　　Rt(熱敏電阻)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。</p><p>　　F-=R1/(Rt+R1)</p><p><b>　　(3) 總反饋系數(shù)</b></p><p>　　注意：

29、運(yùn)放的Ri、Ro均與RC網(wǎng)絡(luò)并接，對網(wǎng)絡(luò)的影響較大。</p><p>　　2.1.3 分立電路 </p><p><b>　　如圖1-4</b></p><p>　　圖1-5 分立器件文氏電橋振蕩器</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　(1)為滿足

30、相位條件(φ=2nπ)，放大器應(yīng)為2級(或偶數(shù)級)；</p><p>　　(2)VT1的Ri小，VT2的Ro對網(wǎng)絡(luò)影響較大，可采用場效應(yīng)管。</p><p>　　2.2 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程</p><p>　　2.2.1 熱敏電阻的穩(wěn)幅過程</p><p>　　RC橋式振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻Rf實(shí)現(xiàn)的。Rf是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電

31、阻，當(dāng)輸出電壓升高，Rf上所加的電壓升高，即溫度升高，Rf的阻值減小，負(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降，反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在R1的位置.（1） 若該電路RF為一固定電阻, 放大器Au為常數(shù).起振時(shí):則要求</p><p>　　振蕩平衡:則要求,只有當(dāng)運(yùn)算放大器進(jìn)入非線性工作區(qū)才能使增益下降達(dá)到平衡條件,從而產(chǎn)生嚴(yán)重失真現(xiàn)象.</p><p>　?。?） 若該電路R

32、F為一負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻</p><p>　　起振時(shí):由于信號較弱,熱敏電阻RF處于冷態(tài),阻值比較大, 放大器Au值較大滿足,很快振蕩建立.振蕩平衡: 隨信號增強(qiáng),熱敏電阻RF溫度升高,阻值減小, 放大器Au值自動下降,在運(yùn)算放大器還末進(jìn)入非線性工作區(qū)時(shí),達(dá)到平衡條件 .</p><p>　　2.2.2 JFET的穩(wěn)幅過程</p><p>　　利用JFET工作在

33、可變電阻區(qū)，當(dāng)JFET的漏源電壓Vds較小時(shí)，它的漏源電阻Rds可通過柵極電壓來改變。如圖1-6。圖中負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)由Rp3、R3和JFET的漏源電阻Rds組成。正常工作時(shí)，輸出電壓經(jīng)二極管D整流和R4、C3濾波后，通過R4、R5、Rp4為JFET柵極提供控制電壓。當(dāng)幅值增大時(shí)，Vgs變負(fù)，Rds將自動加大以加強(qiáng)負(fù)反饋。反之亦然。這樣，達(dá)到自動穩(wěn)幅的目的。</p><p>　　電路調(diào)整時(shí)，一般只需調(diào)整Rp3或Rp4，

34、就可使失真最小。</p><p>　　2.3 振蕩頻率和輸出幅度的計(jì)算</p><p>　　從正弦穩(wěn)態(tài)的工作情況來看，振蕩頻率是由相位平衡條件所決定的，由RC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性可知，只有當(dāng)ω=ωo=1/RC,θf=0°,θa=0°時(shí)，才滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率由式 fo=1/2πRC 決定。當(dāng)適當(dāng)調(diào)整負(fù)反饋的強(qiáng)弱，使Av的值在起振時(shí)略大于3時(shí)，達(dá)到穩(wěn)幅時(shí)Av=3,

35、輸出波形為正弦波，失真很小 。如圖1-6 此時(shí)，電路的頻率由電阻R1、Rp1、R2、Rp2、C11、C12、C13、C21、C22、C23決定，即fo=1/2πRC。根據(jù)題目要求，電路的頻率范圍為10Hz-10000Hz，電阻取值如圖1-6。當(dāng)開關(guān)打在C13和C23上時(shí)，由fo=1/2πRC可得此時(shí)電路振蕩頻率最低約為10Hz，當(dāng)開關(guān)打在C11和C21上時(shí)，由fo=1/2πRC可知此時(shí)電路振蕩頻率最高約為10000Hz。而輸出電壓約為1

36、V，即輸出幅度為2Vp-p</p><p>　　圖1-6 JFET穩(wěn)幅音頻信號產(chǎn)生電路</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期左右，通過這這個(gè)星期的學(xué)習(xí)和努力，設(shè)計(jì)也基本上完成了。在這個(gè)星期的學(xué)習(xí)過程中，我真正的體會到了學(xué)習(xí)的樂趣：翻閱資料，復(fù)習(xí)以前學(xué)過的相關(guān)學(xué)科知識，奔波于圖書管和自習(xí)室，

37、上網(wǎng)查找相關(guān)資料……為了完成這次課程設(shè)計(jì)確實(shí)很辛苦，但苦中有樂，當(dāng)翻了好多資料終于找到RC文氏電橋正弦波振蕩電路的資料時(shí)，心中不免一陣興奮，開心不已。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。只有勞動才能讓我們感到充實(shí)。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但平心而論，也耗費(fèi)了不少的時(shí)間和心血，這就讓我不得不佩服那些搞電子電路設(shè)計(jì)前輩們，他們?yōu)槲覀冏龀隽硕嗝创蟮呢暙I(xiàn)，奉獻(xiàn)了多少時(shí)間和心血?。?lt;/p><p>　　這次的

38、課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識到自己在學(xué)習(xí)上的不足，如以前學(xué)過的電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子基礎(chǔ)，還有電子電工實(shí)習(xí)上所學(xué)到的東西在這次的課程設(shè)計(jì)上都有運(yùn)用，但當(dāng)要用到這些知識時(shí)我明顯的感覺到基礎(chǔ)知識的缺乏，以致做的很吃力，這讓我明白了：我一定要付出更多的努力，學(xué)好每一門學(xué)科，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在這次的課程設(shè)計(jì)中，我還學(xué)會了應(yīng)用Proteus軟件繪制電路圖以及進(jìn)行模擬仿真，這也是一個(gè)重要的收獲。</p>

39、<p>　　感謝老師可以給我們這樣的一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編，康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分.第五版.北京：高等教育出版社，2006.434.441</p><p>　　華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編，康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分.第五版

40、.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　黃智偉編.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽技能訓(xùn)練.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005</p><p>　　黃智偉編.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽操作實(shí)例.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005</p><p>　　黃智偉編.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005</p><

41、;p>　　黃智偉編.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽電路設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005</p><p>　　劉原主編.電路分析基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　及力主編.Protel 99 SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　?。ㄈ眨┑救~ 保著，何希才，尤克譯.振蕩電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：科