模電課程設(shè)計---函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計

1、<p><b>　　第 一 部 分</b></p><p><b>　　任</b></p><p><b>　　務(wù)</b></p><p><b>　　書</b></p><p>　　《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計指導(dǎo)書</p><

2、p>　　課題：函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　一個電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作過程所涉及的知識面很廣；加上電子技術(shù)的發(fā)展異常迅速，新的電子器件的功能在不斷提升，新的設(shè)計方法不斷發(fā)展，新的工藝手段層出不窮，它們對傳統(tǒng)的設(shè)計、制作方法提出了新的挑戰(zhàn)。但對于初次涉足電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作來說，了解并實(shí)踐一下電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作的基本過程是很有必要的。由于所涉及的知識面很廣，相應(yīng)的具體內(nèi)容請參考本文中提示的《模擬電子技

3、術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計》、《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》等書的有關(guān)章節(jié)。</p><p>　　一、函數(shù)發(fā)生器的簡介</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步

4、掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。</p><p>　　產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，&

5、lt;/p><p>　　一、函數(shù)發(fā)生器的工作原理</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可

6、將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p><b>　　二、設(shè)計目的</b></p><p>　　1．掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法</p><p>　　2．掌握模擬IC器件的應(yīng)用</p><p>　　3．培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實(shí)踐的能力</p>&

7、lt;p>　　三、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1．設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　2．輸出波形：正弦波、方波、三角波； </p><p>　　3．頻率范圍 ：在10－10000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；</p><p>　　4．輸出電壓：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ>1V；<

8、/p><p>　　四、設(shè)計所用儀器及器件</p><p><b>　　1．直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　2．雙蹤示波器</b></p><p><b>　　3．萬用表</b></p><p><b>　　4．運(yùn)放741</

9、b></p><p><b>　　5．電阻、電容若干</b></p><p><b>　　6．三極管</b></p><p><b>　　7．面包板</b></p><p><b>　　五、日程安排</b></p><p>　

10、　1．布置任務(wù)、查閱資料，方案設(shè)計　?。ㄒ惶欤?lt;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，查閱參考資料，進(jìn)行方案設(shè)計及可行性論證，確定設(shè)計方案，畫出詳細(xì)的原理圖。</p><p>　　2．上機(jī)在EDB（或EDA）對設(shè)計電路進(jìn)行模擬仿真調(diào)試、畫電路原理接線圖 （半天）</p><p>　　要求在虛擬儀器上觀測到正確的波形并達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。</p><p

11、>　　3．電路的裝配及調(diào)試　?。▋商彀耄?lt;/p><p>　　在面包板上對電路進(jìn)行裝配調(diào)試，使其全面達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，最終通過驗(yàn)收。</p><p>　　4．總結(jié)報告　　 （一天）</p><p>　　六、課程設(shè)計報告內(nèi)容：</p><p>　　總結(jié)設(shè)計過程，寫出設(shè)計報告，設(shè)計報告具體內(nèi)容要求如下：</p><

12、p>　　1．課程設(shè)計的目和設(shè)計的任務(wù)</p><p>　　2．課程設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　3．總方案的確定并畫出原理框圖。</p><p>　　4．各組成單元電路設(shè)計，及電路的原理、工作特性(結(jié)合設(shè)計圖寫) </p><p>　　5．總原理圖，工作原理、工作特性（結(jié)合框圖及電路圖講解）。</p><

13、p>　　6．電路安裝、調(diào)試步驟及方法，調(diào)試中遇到的問題，及分析解決方法。</p><p>　　7．實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，改進(jìn)意見及收獲。</p><p><b>　　8．體會。</b></p><p>　　七、電子電路設(shè)計的一般方法：</p><p>　　1．仔細(xì)分析產(chǎn)品的功能要求，利用互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱資料，從中提取

14、相關(guān)和最有價值的信息、方法。</p><p>　　（1）設(shè)計總體方案。</p><p>　　（2）設(shè)計單元電路、選擇元器件、根據(jù)需要調(diào)整總體方案</p><p>　　（3）計算電路（元件）參數(shù)。</p><p>　　（4）繪制總體電路初稿</p><p>　?。?）上機(jī)在EDB（或EDA）電路實(shí)驗(yàn)仿真。</p&g

15、t;<p>　?。?）繪制總體電路。</p><p>　　2．明確電路圖設(shè)計的基本要求進(jìn)行電路設(shè)計。并上機(jī)在EDB（或EDA）上進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)仿真，電路圖設(shè)計已有不少的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工繪圖的壓力，電路實(shí)驗(yàn)仿真大大減少人工重復(fù)勞動，并可幫助工程技術(shù)人員調(diào)整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。</p><p>　　3．掌握常用元器件的識別

16、和測試。電子元器件種類繁多，并且不斷有新的功能、性能更好的元器件出現(xiàn)。需要通過互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱它們的識別和測試方法。對于常用元器件，不少手冊有所介紹。</p><p>　　4、熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。通過排除電路故障，提高電路性能的過程，鞏固理論知識,提高解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　　5、獨(dú)立書寫課程設(shè)計報告。</p><p><

17、;b>　　第 二 部 分</b></p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計</b></p><p>&l

18、t;b>　　報</b></p><p><b>　　告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1設(shè)計的目的及任務(wù)…………………………………………………………（1）</p><p>　　1.1 課程設(shè)計的目的………………………………………………

19、…………（1）</p><p>　　1.2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求…………………………………………………（1）</p><p>　　1.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)……………………………………………………（1）</p><p>　　2 電路設(shè)計總方案及原理框圖………………………………………………（1）</p><p>　　2.1 電路設(shè)計原理框圖……

20、…………………………………………… （1）</p><p>　　2.2 電路設(shè)計方案設(shè)計………………………………………………… （1）</p><p>　　3 各部分電路設(shè)計……………………………………………………………（2）</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理………………………………………………（2）</p><p>　　3

21、.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理……………………………………（3）</p><p>　　3.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理…………………………………（4） </p><p>　　3.4電路的參數(shù)選擇及計算……………………………………………………（5）</p><p>　　3.5 總電路圖………………………………………………………………… （6）&l

22、t;/p><p>　　4電路的安裝與調(diào)試………………………………………………………… （7 ）</p><p>　　4.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試…………………………………（7 ）</p><p>　　4.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試……………………………… (7)</p><p>　　4.3 總電路的安裝與調(diào)試………

23、…………………………………………… （7）</p><p>　　4.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法……………………… （7）</p><p>　　5電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果…………………………………………………………… （7 ）</p><p>　　5.1 方波---三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果……………………………………（7 ）</p><p&

24、gt;　　5.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果…………………………………（7 ）</p><p>　　5.3 實(shí)測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法………………………………… （8 ）</p><p>　　設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………………… （9 ）</p><p>　　儀器儀表明細(xì)清單…………………………………………………………… （1

25、0 ）</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………（11 ）</p><p>　　一、設(shè)計的目的及任務(wù)</p><p>　　（一）課程設(shè)計的目的</p><p>　　1、掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法</p><p>　　2、掌握模擬IC器件的應(yīng)用</p><p&

26、gt;　　3、培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實(shí)踐的能力</p><p>　?。ǘ┱n程設(shè)計的任務(wù)和要求</p><p>　　1、設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)信號發(fā)生器</p><p>　　（三）課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1、輸出：方波、三角波、正弦波</p><p>　　2、頻率范圍：1～10000Hz</p&

27、gt;<p>　　3、輸出電壓：方波Up-p≤24V,三角波Up-p=8V,正弦波Up-p>1V</p><p>　　二、電路設(shè)計總方案及原理框圖</p><p>　　（一）電路設(shè)計原理框圖</p><p>　　圖2.1 原理框圖</p><p>　?。ǘ╇娐吩O(shè)計方案設(shè)計</p><p>　　函

28、數(shù)信號發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等信號波形。其電路中可以使用的元器件可以是分立器件，也可以用相應(yīng)的芯片來設(shè)計。這次的課程設(shè)計，使用的是以下這種方法來設(shè)計函數(shù)信號發(fā)生器：先由電壓比較器產(chǎn)生方波，通過積分電路將方波轉(zhuǎn)換為三角波，利用差分放大電路得到正弦波。</p><p><b>　　三、各部分電路設(shè)計</b></p><p>　　（一）方波發(fā)生電路的工作原理<

29、;/p><p>　　圖3.1 方波發(fā)生電路</p><p>　　方波發(fā)生電路由滯回比較器和RC電路組成。設(shè)某一時刻輸出電壓uo=+Uz，則同相輸入端電位up=+UT。uo通過R3對電容C正向充電。反相輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸升高，當(dāng)t趨近于無窮時，uN趨于+UT；但是，一旦uN=+UT，再稍增大，uo就從+UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時up從+UT躍變?yōu)?UT。隨后，uo又通過R3對電容

30、C反向充電，即放電。反向輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸降低，當(dāng)t趨近于無窮時，uN趨于-UZ；但是，一旦uN=-UT，再稍減小，uo就從-UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時up從-UT躍變?yōu)?UT，電容又開始正向充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激震蕩,即產(chǎn)生了方波。</p><p>　　（二）方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖3.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路<

31、/p><p><b>　　對于虛線左邊部分：</b></p><p>　　±UT=±R2·Uo2m/（R3+Rp1）=±R2·Vcc/（R3+Rp1）</p><p><b>　　對于虛線右邊部分:</b></p><p>　　(Uo1－U2-)／(R4

32、+Rp2)=ic2,</p><p>　　(1／C2)∫ic2 dt=U2－U2,將ic2表達(dá)式代入此積分中，且 U2-=U2+=0，</p><p>　　當(dāng)U1=+VCC時，U2=-VCC · t／（R4+Rp2）C1；</p><p>　　當(dāng)U1=－VEE時，U2=VEE · t／（R4+Rp2）C1。</p><p>

33、;　　可見，當(dāng)積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波。三角波的幅值為U2m=R2·Vcc／（R3+Rp1），方波---三角波的頻率為f=（R3+Rp1）/4R2C2（R4+Rp2）。</p><p>　　（三）三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖3.3 方波——三角波波形</p><p>　　圖3.4 三角

34、波---正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　利用差分對三極管變換電路的原理，波形轉(zhuǎn)換的原理是利用差分對管的飽和與截止特性進(jìn)行變換</p><p>　　圖3.5 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換的工作原理</p><p>　?。ㄋ模╇娐返膮?shù)選擇及計算</p><p>　　1、因?yàn)榉讲ǖ姆冉咏娫措妷?，所以取電源電?Vcc=+12V，－VEE=－

35、12V。</p><p>　　2、比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下：</p><p>　　由公式 R2/（R3+Rp1）=Uo2m/Vcc=4/12=1/3，</p><p>　　取R2=10Kohm，R3=20Kohm，Rp1=47Kohm，</p><p>　　∴R1=R2||（R3+Rp1）≈10Kohm。</p>

36、<p>　　由輸出頻率表達(dá)式可得 R4+Rp2=（R3+Rp1）/（4R2C2f），</p><p>　　當(dāng)1Hz≤f≤10Hz時，取C2=10uF，R4=5.1K,Rp2=100K；</p><p>　　當(dāng)10Hz≤f≤100Hz時，取C2=1uF；</p><p>　　當(dāng)100Hz≤f≤1000Hz時，取C2=0.1uF；</p>&l

37、t;p>　　當(dāng)1000Hz≤f≤10000Hz時，取C2=0.01uF；</p><p>　　后三種情況R4和Rp2值不變。</p><p>　　取平衡電阻R5=10K。</p><p>　　3、三角波到正弦波電路的參數(shù)選擇原則是：耦合電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取C3=C4=C5=470uF，濾波電容C6=0.1uF。RE2=100oh

38、m，Rp4=100ohm，兩者并聯(lián)以減少差動放大器的線性區(qū)。</p><p><b>　　（五）總電路圖</b></p><p>　　圖3.4 總電路圖</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾

39、能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性</p><p>　　四、電路的安裝與調(diào)試</p><p>　?。ㄒ唬┓讲?--三角波發(fā)生電路的安裝和調(diào)試</p><p>　　由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，故這兩個單元電路可以

40、同時安裝。用雙蹤示波器同時觀察Uo1與Uo2的波形，通過調(diào)節(jié)Rp1使得三角波的峰峰值為8V，方波的峰峰值小于24V；調(diào)節(jié)Rp2可得到在用不同的電容C2時的頻率段。</p><p>　?。ǘ┤遣?--正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝和調(diào)試</p><p>　　差動放大器傳輸特性曲線調(diào)試。將C4與Rp3斷開，在C4端輸入100Hz、50mV的正弦波，用雙蹤示波器同時觀察T1、T2兩三極管的集電極對地的

41、電壓波形，通過調(diào)節(jié)Rp4和R11，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大輸入電壓，用示波器觀察輸出波形，記下Uidm。移去信號源，將C4接地，用數(shù)字萬用表分別測量Ic3Q、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q以及Ue3Q。</p><p>　　（三）總電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試。將C4與Rp3連接起來，調(diào)節(jié)Rp3使得輸入三角波的電壓值為Uidm，用示波

42、器觀察輸出波形，可看到輸出正弦波。</p><p>　?。ㄋ模╇娐钒惭b與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法</p><p>　　1、最后的輸出波形出現(xiàn)了非線形的失真，說明有干擾波，可接入C6來改善；出現(xiàn)平頂失真，則說明差分放大電路的對稱性沒調(diào)好，可對R11（8K或15K）進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　2、調(diào)差分放大電路對稱時，發(fā)現(xiàn)無論怎么調(diào)Rp4，波形的變化不大，可用

43、數(shù)字萬用表來測T1、T2的集電極對地的電壓，以此為依據(jù)來調(diào)節(jié)Rp4。</p><p><b>　　五、電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　?。ㄒ唬┓讲?--三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　1、方波的Vp-p=21V，三角波的Vp-p=8V。</p><p>　　2、當(dāng)C2=1uF時，調(diào)節(jié)Rp2測得的頻

44、率范圍是5.49Hz～131.58Hz</p><p>　　當(dāng)C2=0.1uF時,調(diào)節(jié)Rp2測得的頻率范圍是55.25Hz～1000Hz</p><p>　　（二）三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　1、Uidm=74.9Mv</p><p>　　2、測得的四個三極管的集電極對地的電壓分別為：</p>&l

45、t;p>　　U1=5.654V U2=5.767V U3=－0.6095V U4=－9.770V</p><p>　　3、T3管的發(fā)射極對地的電壓為U5=－10.366V,</p><p>　　∴Io=U5/RE3=－10.366/2K=－5.183Ma</p><p>　　4、正弦波的幅度為5V左右，大于1V，滿足設(shè)計需求</p>

46、<p>　　(三) 實(shí)測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法</p><p><b>　　1、</b></p><p>　　圖5.1 實(shí)測方波波形</p><p><b>　　2、</b></p><p>　　圖5.2 實(shí)測三角波波形</p><p><b>

47、;　　3、</b></p><p>　　圖5.3 實(shí)測正弦波波形</p><p><b>　　4、</b></p><p>　　圖5.4 實(shí)測調(diào)節(jié)差分電路時的T1、T2</p><p>　　兩三極管的集電極對地的電壓波形</p><p><b>　　六、設(shè)計總結(jié)<

48、/b></p><p>　　這次設(shè)計與其他組不同，我們是三個人共同完成的，但三個人都沒閑著。因?yàn)橹暗碾娐氛n程設(shè)計最后要焊接電路時，板上已有印刷電路，這樣使得我們的電路連接和焊接都比較輕松。但這回得自己部線，沒有任何參照，剛開始有點(diǎn)不知所措，不過靜下心來去做，感覺比以前的更能增強(qiáng)動手能力，每次下手焊接之前我們?nèi)硕家J(rèn)真研究一下，在這之中最重要的是有了一個思考的過程，真的受益匪淺。</p>&

49、lt;p>　　雖然最終實(shí)物做出來了，但這并不是我一個人做出來的。通過這次課程設(shè)計，我明白了一個團(tuán)隊(duì)精神的重要性，因?yàn)閺念^到尾，都是大家集體出主意，來解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終敲定，到波形的仿真，到元器件的選擇，到最后實(shí)物的焊接與調(diào)試，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因?yàn)榇蠹遗浜系媚?，每?xiàng)工作都完成得很棒，銜接得很好，才使我們很快的完成了任務(wù)。</p><p>　　電路調(diào)試的時候遇到的一個問題就是

50、在示波器上不顯示方波，在我們幾乎崩潰時，有人提醒我們一個電容選錯了，于是又手忙腳亂的換電容，終于示波器上出現(xiàn)了我們想要的波形。在此，要非常感謝那位同學(xué)。通過這次課程設(shè)計我明白了動手做很重要，但如果能在動手的同時積極思考，一定可以學(xué)到更多書本上學(xué)不到學(xué)不到的知識。</p><p>　　七、儀器儀表明細(xì)清單</p><p>　?。ㄒ唬╇娐分兴迷骷鍐?lt;/p><p>