電子電工課程設(shè)計(jì)--函數(shù)發(fā)生器

1、<p>　　電子電工技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目： 函數(shù)發(fā)生器 </p><p>　　電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . .4</p><p>　　方波發(fā)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .………...5</p><p>　　方波—三角波產(chǎn)生電路圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、. . . …..6</p><p>　　4、 三角波—正弦波產(chǎn)生電路..................8</p><p>　　5、 總體電路原理相關(guān)說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10</p><p>　　6、 函數(shù)發(fā)生器總電路圖. . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>　　7、 元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …..12</p><p>　　8、 設(shè)計(jì)心得體會(huì).

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..13</p><p>　　9、 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………14</p><p><

6、b>　　總體方案與原理說明</b></p><p><b>　　函數(shù)發(fā)生器介紹</b></p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。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。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有廣泛的用途?，F(xiàn)

7、在我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。我們通過對電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。在達(dá)到課程要求的前提下保證經(jīng)濟(jì)、方便、優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略。按照設(shè)計(jì)的方案選擇具體的原件，焊接處具體的實(shí)物圖，并在試驗(yàn)室對焊接好的實(shí)物圖進(jìn)行測試，觀察效果并與最初的設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)作對比。最后分析出現(xiàn)誤差的原因以及影響因素。</p><p>　　圖1 函數(shù)發(fā)生器

8、電路組成框圖</p><p>　?。?） 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方差經(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，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器是，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

9、線的非線性。能實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的指標(biāo)要求，且能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的幅度調(diào)節(jié)。但是積分電路的時(shí)間參數(shù)選擇需要保證電路不出現(xiàn)飽和失真。</p><p><b>　　2、方波發(fā)生電路</b></p><p>　　電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz，則同相輸入端電位n

10、隨時(shí)間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut，再稍增長，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時(shí)候，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut，再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容有開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p>

11、<p>　　圖2 方波發(fā)生電路</p><p><b>　　U-=Uc</b></p><p>　　U+=（R3/（R3+R4+Rp2））（+Uz）</p><p>　　Ut=（R3/(R3+R4+Rp2)）（+Uz）</p><p>　　Uc（t）=Uc（oo）+[Uc(0)-Uc(00)]e^-t/τ&

12、lt;/p><p>　　Ut+=Uz+[Ut_-Uz]</p><p>　　T=2τ/ln(1+2R3/（R4+Rp2））</p><p>　　3. 方波—三角波產(chǎn)生電路圖</p><p>　　圖3 方波—三角波產(chǎn)生電路圖</p><p>　　±UT=±[R2/(R3+Rp1)]*Uo2m<

13、/p><p>　　T=4R2(R4+Rp2)C1/(R3+R6)</p><p>　　±UT=±[R5/(R3+R6)]*U2</p><p>　　T=4R5(R2+R4)C1/(R3+R6)</p><p>　　圖4 比較器的電壓傳輸特性 圖5 方波—三角波變換</p><p>&l

14、t;b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　如a點(diǎn)斷開，運(yùn)算放大器A1與R1、R2及R3、Rp1組成的電壓比較器，C1為加速電容，可以加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸乳端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等與正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|），當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸

15、出Uo1從高電平跳到低電平-Vee，或者從低電平Vee天道高電平Vcc。設(shè)Uo1=Vcc，則</p><p>　　U+=R2/(R2+R3+Rp1) (+Vcc)+ (R3+RP1)/(R2+R3+Rp1) Uia=0</p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為</p><p>　　Uia-=-R2/(R3+RP1)( +Vcc)=-R2/(

16、R3+RP1) (+Vcc)</p><p>　　若Uo1=-Vee，則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為</p><p>　　Uia+=-R2/(R3+RP1)(-Vcc)= R2/(R3+RP1) (+Vcc)</p><p>　　比較器的門限寬度 UH= Uia-Uia-=2R2Icc/(R3+RP1)</p><p>　　a點(diǎn)斷開

17、后,運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號</p><p>　　為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為</p><p>　　Uo2=-1/(R4+RP2)C2 </p><p>　　Uo1=+Vcc時(shí)，Uo2=-（+Vcc）t/(R4+RP2)C2=(-Vcc)t/(R4+RP2)C2</p><p>　　Uo1=-cc時(shí)

18、，Uo2=-（-VEE）t/(R4+RP2)C2=tVcc/(R4+RP2)C2</p><p>　　可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角</p><p>　　波，其波形關(guān)系圖7所示。</p><p>　　a點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-</p><p>　　三角波。三角波的幅度為

19、 Uo2m=R2Vcc/(R3+RP1)</p><p>　　方波-三角波的頻率f為 f=(R3+RP1)/4R2(R4+RP2)C2</p><p>　　由以上兩式可以得到以下結(jié)論：</p><p>　　電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度</p><p>　　若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變

20、頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。</p><p>　　電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào), 但會(huì)影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　4、 三角波—正弦波產(chǎn)生電路.</p><p>　　圖6 三角波—正弦波產(chǎn)生電路</p>

21、;<p>　　三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。</p><p>　　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</p><p>　　是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變</p><p>　　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。分析</p>

22、<p>　　表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：</p><p>　　Ic2=aIE2=aI0/(1+e^Uid/UY) Ic1=aIE1=aI0/(1+e^-Uid/UY)</p><p>　　式中 a=Ic/IE≈1</p><p>　　Io——差分放大器的恒定電流；</p><p>　　UT——溫度的電壓當(dāng)量，

23、當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT≈26mV。</p><p>　　如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為</p><p>　　式中 Um——三角波的幅度：</p><p>　　T——三角波的周期。</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波?由圖可見：</p><p>　　傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好：</p>

24、;<p>　　三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。</p><p>　　圖為實(shí)現(xiàn)三角波——正弦波變換的電路。其中Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp4</p><p>　　調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻R11用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容</p><p>　　C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。</p&

25、gt;<p>　　圖7 三角波—正弦波變換</p><p>　　5、 總體電路原理相關(guān)說明</p><p>　　函數(shù)信號發(fā)生器是可用于測試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶，也可用作高頻信號發(fā)生器的外調(diào)制信號源。顧名思義肯定可以產(chǎn)生函數(shù)信號源，如一定頻率的正弦波，有的可以電壓輸出也有的可以功率輸出。下面我們用簡單的例子，來說明函數(shù)信號發(fā)生器

26、原理。</p><p>　?。╝） 信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由下面幾個(gè)部分組成：主振級、主振輸出調(diào)節(jié)電位器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器(輸出變壓器)和指示電壓表。</p><p>　?。╞） 工作模式：當(dāng)輸入端輸入小信號正弦波時(shí)，該信號分兩路傳輸，其一路徑回路，完成整流倍壓功能，提供工作電源;另一路徑電容耦合，進(jìn)入一個(gè)反相器的輸入端，完成信號放大功能。該放大信號經(jīng)后級的門電路

27、處理，變換成方波后經(jīng)輸出。輸出端為可調(diào)電阻。</p><p>　　（c）工作流程：首先主振級產(chǎn)生低頻正弦振蕩信號，信號則需要經(jīng)過電壓放大器放大，放大的倍數(shù)必須達(dá)到電壓輸出幅度的要求，最后通過輸出衰減器來直接輸出信號器實(shí)際可以輸出的電壓，輸出電壓的大小則可以用主振輸出調(diào)節(jié)電位器來進(jìn)行具體的調(diào)節(jié)。</p><p>　　它一般由一片單片機(jī)進(jìn)行管理，主要是為了實(shí)現(xiàn)下面的幾種功能：</p>

28、;<p>　　a) 控制函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率;</p><p>　　b) 控制輸出信號的波形;</p><p>　　c) 測量輸出的頻率或測量外部輸入的頻率并顯示;</p><p>　　d) 測量輸出信號的幅度并顯示;</p><p>　　e) 控制輸出單次脈沖。</p><p>　　方波—三角波—正弦波

29、函數(shù)發(fā)生器電路是由三級單元電路組成的，在裝調(diào)多級電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級裝調(diào)與級聯(lián)。</p><p>　　該電路是這個(gè)課程設(shè)計(jì)的核心電路，此電路可以獲得變動(dòng)的平率可調(diào)信號，可以輸出方波、正弦波、三角波，很好的完成了我們的課程設(shè)計(jì)，并且波形不易失真?！『瘮?shù)發(fā)生器有很寬的頻率范圍，使用范圍很廣，它是一種不可缺少的通用信號源?？梢杂糜谏a(chǎn)測試、儀器維修和實(shí)驗(yàn)室，還廣泛使用在其它科技領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、教育、化學(xué)、

30、通訊、地球物理學(xué)、工業(yè)控制、軍事和宇航等。此外，函數(shù)發(fā)生器發(fā)生器還具有調(diào)制的功能，可以進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈寬調(diào)制和VCO控制。</p><p>　　6、 函數(shù)發(fā)生器總電路圖</p><p>　　圖8 函數(shù)發(fā)生器總電路圖</p><p><b>　　7、 元件清單</b></p><p>　　8、 設(shè)

31、計(jì)心得體會(huì) </p><p>　　為期一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)任務(wù)已經(jīng)快要結(jié)束，最后我們也完成了電子電工課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，圓滿結(jié)束了這個(gè)星期的任務(wù)。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)給了我們很多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，我學(xué)會(huì)了很多。這次課程設(shè)計(jì)給了我們一次實(shí)際掌握知識的機(jī)會(huì)，離開了課堂嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境，離開了老師的細(xì)心指導(dǎo)，一切都得靠自己，讓我們的知識得到實(shí)際應(yīng)用。譬如，在選擇一個(gè)電表時(shí)，要考慮到它的量程，是太

32、大還是太小，太大了的話會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)果，造成很大的誤差；太小的話，儀器將可能會(huì)被燒毀，從而造成整個(gè)電路短路，無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；在選取電阻箱的時(shí)候，要預(yù)先估算需要多大的阻值，不能選擇與估算電阻相差太大的電阻；選取電容的時(shí)候，太大會(huì)造成極大的誤差，甚至在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候都無法讀取數(shù)值，同樣太小的話，將會(huì)被擊穿。所以在選擇實(shí)驗(yàn)原件的時(shí)候，要對整個(gè)電路有一個(gè)很清晰的認(rèn)知，萬不可盲目選取。</p><p>　　在用CAD軟件畫電路圖時(shí)

33、候，一定需要耐心，不可急躁，在一遍畫圖的時(shí)候，要一邊思考整個(gè)電路的布局。如在畫一個(gè)電阻時(shí)候，要考慮該電阻在這個(gè)地方有什么用，為什么要用這么大的阻值。這些都是我們在實(shí)習(xí)時(shí)需要注意的問題。</p><p>　　這實(shí)習(xí)中，也讓我意識到了相互幫助的重要性，這次實(shí)習(xí)的難度很大，一個(gè)人來說很具有難度。比如有的同學(xué)CAD軟件學(xué)得很棒，有的同學(xué)在電路、儀器的選取上學(xué)得好，同學(xué)們的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起后，這將很大程度上提高了我們的工作效

34、率。所以在遇到困難時(shí)候，同學(xué)們應(yīng)該要互相幫助，而且有個(gè)好的搭檔對我們的實(shí)習(xí)也起到了一個(gè)事半功倍的效果，遇到困難時(shí)候，自己一個(gè)人苦苦思索遠(yuǎn)不如找一個(gè)搭檔來溝通交流。我們整個(gè)過程中都是通過互相討論來一起解決遇到的種種難題，所以說以后的學(xué)習(xí)和工作中，與搭檔的好好相處與互相協(xié)助也是必不可少的一件事情。</p><p>　　這一個(gè)星期的實(shí)習(xí)，讓我學(xué)到了很多，當(dāng)然也有許多感觸。在學(xué)校，我們應(yīng)該盡自己最大的努力去學(xué)習(xí)，多掌握一

35、些技能，這將會(huì)在未來我們在社會(huì)上闖蕩拼搏是起到至關(guān)重要的作用。如果我們不能學(xué)到一點(diǎn)技能的話，出了校門我們能夠去干什么樣的工作呢，如果真是那樣，到時(shí)候就會(huì)平平庸庸，成為社會(huì)的負(fù)擔(dān)。這次實(shí)習(xí)也讓我對于以后自己是從事技術(shù)開發(fā)工作還是其他的車間操作還是其他的等等都有了一些了解，能夠?yàn)樽约何磥淼墓ぷ鞣较蛴袀€(gè)明確的意識，也能夠?yàn)樽约旱膶碜鰝€(gè)正確的決定。</p><p><b>　　9、 參考文獻(xiàn)</b&

36、gt;</p><p>　　【1】李萬臣、《模擬電子電工技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》、2001、哈爾濱工程大學(xué)出版社</p><p>　　【2】華成英、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、2005、高等教育出版社</p><p>　　【3】董 平、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》、2003、電子工業(yè)出版社</p><p>　　【4】童詩白、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）、2

37、006、高等教育出版社</p><p>　　【5】于 衛(wèi)、《模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及綜合實(shí)訓(xùn)教程》、2008、華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　【6】謝自美、《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試》（第三版）、2006、華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　【7】李萬臣、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)計(jì) 仿真 編程與實(shí)踐》、哈爾濱工程大學(xué)</p>

38、<p>　　【8】 凌玉華.《單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.長沙：中南大學(xué)出版社</p><p>　　【9】劉丹.《例說8051》.北京：人民郵電出版社</p><p>　　【10】 李群芳.《單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)(第二版)》.北京：電子工業(yè)出版社</p><p>　　【11】王瓊.《單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)踐教程》.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社</p>

39、;<p>　　【12】 蔣立培.《單片危機(jī)系統(tǒng)使用教程》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　【13】謝自美.《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試（第三版）》.湖北：華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　【14】楊翠娥.《高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社 </p><p>　　【15】張肅文.《高頻電子線路