模電課程設(shè)計(jì)--函數(shù)信號發(fā)生器

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課程名稱： 模擬電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 函數(shù)信號發(fā)生器 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)目的 ： </b></p>

2、<p>　?。?）掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法；</p><p>　?。?）掌握模擬IC器件的應(yīng)用；</p><p>　?。?）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>　?。?）掌握常用元件的識別和測試；</p><p>　?。?）熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法；</p><p>　　(6

3、) 設(shè)計(jì)方波——三角波——正弦波函數(shù)信號發(fā)生器。</p><p>　　2、程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器</p><p>　?。?）輸出波形；正弦波、方波、三角波；</p><p>　?。?）頻率范圍：在10---10000范圍內(nèi)可調(diào)；</p><p>　?。?）輸出電壓

4、：方波Up-p<=24V，三角波Up-p<=8V,正弦波</p><p><b>　　Up-p>1V；</b></p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案：</b></p><p><b>　　2.1 原理框圖：</b></p><p>　　2.2 方案的論

5、證與比較：</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途的不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以使分立器件（如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101）。也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038）。本課程設(shè)計(jì)采用集成運(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(jì)方法。</p><p>

6、;　　如2.1所示，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，輸出阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，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><b>　　三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)</b

7、></p><p>　　3.1方波發(fā)生電路的工作原理：</p><p>　　電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路即作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC沖、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)切換。</p><p>　　通過電容的周而復(fù)始的充放電過程，電路產(chǎn)生自己振蕩。</p><p>　　1、方波——三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理：<

8、/p><p>　　圖3.1 方波----三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　圖3.2 比較器的電壓翻轉(zhuǎn)</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算放大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，課加速比較起得翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即</p>

9、<p>　　U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出U01的高電平等于正電源電壓+VCC，低電平等于負(fù)電源電壓-VCC，當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出U01從高電平跳到低電平或者從低電平跳到高電平。設(shè)U01=+VCC，則</p><p>　　將上式整理，得比較器反轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為</p><p>　　若U01=-VCC，則比較

10、器翻轉(zhuǎn)的上門限單位Uia+為</p><p><b>　　比較器的門限寬度為</b></p><p>　　由上式可得比較器的電壓傳輸特性，如下圖所示, 圖3.3</p><p>　　此時(shí)，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2、及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波U01，則積分器的輸出U02為</p><p>　　U01=+VC

11、C時(shí)，</p><p>　　U01=-VCC時(shí)，</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波，其波形關(guān)系見圖3.3</p><p>　　a點(diǎn)閉合，比較器與積分器首位相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波，振幅為</p><p><b>　　頻率f為</b></p>

12、;<p>　　以上兩式可得以下結(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，若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，</p><p>　　RP2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　2. 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+VCC。三角波的輸出幅度不超過電源電壓+VCC。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)

13、影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　2、三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖3.4 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路主要由差分放大電路來完成</p><p>　　RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)，電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，用來濾除諧波分量，改善輸出波形。</p&

14、gt;<p>　　差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸出阻抗該哦，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，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，分析可得，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：</p><p>　　其中 a=IC/IE1</p><p>　　I0——差分放大器的恒定電流；</p>&

15、lt;p>　　UT——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫喂25oC時(shí)，UT≈26mV</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，有圖可見：</p><p>　　傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；</p><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3.5正弦波----三角波變換</p>

16、<p>　　3.2 電路的參數(shù)選擇及計(jì)算</p><p>　　1、方波-三角波中電容C2的變化</p><p>　　在實(shí)際中當(dāng)C2=10uf時(shí)，電路頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。把C2從10uf換成0.1uf時(shí)就可以順利得出波形了。</p><p>　　2、三角波-正弦波部分</p><p>　　隔直電容C3、C4、C5要取得較

17、大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取C3=C4=C5=10uf，濾波電容C6視輸出的波形而定，若含高次諧波成分較多，C6可取的較小，一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100Ω與RP4=100Ω相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。</p><p>　　四、總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單</p><p>　　4.1 總電路圖

18、</p><p>　　圖4.1 方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路</p><p>　　先通過比較器產(chǎn)生方波，再通過積分器產(chǎn)生三角波，最后通過差分放大器形成正弦波。</p><p>　　4.2 元器件及儀器表清單</p><p>　　1、直流穩(wěn)壓電源 1臺</p><p>　　2、雙蹤示波器

19、 1臺 </p><p>　　3、萬用表 1只</p><p>　　4、運(yùn)放741 3片</p><p>　　5、面包板 1塊 </p><p>　　6、剪刀

20、 1把</p><p>　　7、儀器探頭線 2根 </p><p>　　8、電位器47K 2只</p><p>　　9、電容 1uF 1只</p><p>　　11、電阻 10K 4只</p>

21、<p>　　20K 3只</p><p>　　5.1K 1只</p><p>　　12、電源線 若干根</p><p>　　五、系統(tǒng)安裝、調(diào)試、參數(shù)測量</p><p>　　5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試</p><p&

22、gt;　　1.把兩塊741集成塊插入面包板，注意布局；</p><p>　　2.分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；</p><p>　　3.按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地；</p><p>　　4.接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；</p><p>　　5.調(diào)節(jié)RP1，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；</p><

23、;p>　　6.調(diào)節(jié)RP2，微調(diào)波形的頻率；</p><p>　　7.觀察示波器，并記錄。</p><p>　　5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1.按圖連接電路圖；</p><p>　　2.接入直流源，使C4接地，測量差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；</p><p>　　3.測試V1、V2

24、、V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；</p><p>　　4.在C4接入信號源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記錄電壓。</p><p>　　5.3 總電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1.把兩部分連接號，進(jìn)行整體測試，觀察；</p><p><b>　　5.4 參數(shù)測量</b><

25、/p><p>　　1、方波-三角波發(fā)生電路</p><p><b>　　仿真</b></p><p>　　2、三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p><b>　　1.仿真</b></p><p><b>　　收獲與心得</b></p><

26、p>　　在這次模擬電子電路課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我學(xué)到了很多在平時(shí)的學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)不到的東西。本次設(shè)計(jì)我們的選題是《模擬電子函數(shù)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)》。函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途的不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以使分立器件。通過這次模擬電子電路課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到了許多理論直接來自于實(shí)驗(yàn)。而要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證某個(gè)理論或者利用某個(gè)理論去測量某個(gè)與電路相關(guān)的東西，更

27、是十分有學(xué)問的，是非常復(fù)雜的。雖然，在平時(shí)的每次實(shí)驗(yàn)過程中，我都達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?，但是，?dāng)輪到自己動(dòng)手設(shè)計(jì)師的時(shí)候，那顯然就不一樣了，更何況，每次上實(shí)驗(yàn)課，老師都給我們認(rèn)真的講解實(shí)驗(yàn)原理，還常常給予我們幫助。其實(shí)，模擬電子電路實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)沒有我想象的那樣簡單，要想做好一個(gè)模擬電子電路實(shí)驗(yàn)，容不得半點(diǎn)馬虎。大學(xué)模擬電子電路實(shí)驗(yàn)正是這樣一門培養(yǎng)我們耐心、恒心和信心的課，讓我們的思維和創(chuàng)造力得到了大幅度的提高，讓我們的科學(xué)素養(yǎng)有了很大的飛越。

28、真正變學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)了我們的學(xué)習(xí)熱情，不管實(shí)驗(yàn)成功或是失敗，我們都能從中獲得很多從其它地方得不到的知識，讓我們獲益匪淺</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《模擬電子技術(shù)》 童詩白 清華大學(xué)出版社</p><p>　　《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》