函數(shù)信號發(fā)生器設計報告.doc

函數(shù)信號發(fā)生器設計報告目錄一.設計要求.2二.設計的作用，目的.2三.設計的具體實現(xiàn).21.系統(tǒng)概述.22. 單元電路設計，仿真與分析.3 2.1方波發(fā)生電路.3 2.2三角波發(fā)生電路.4 2.3正弦波發(fā)生電路.5 2.4方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理.8 2.5三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路工作原理.11 3.總電路圖.134 心得體會及建議.14五.附錄.156. 參考文獻.16函數(shù)信號發(fā)生器設計報告一.設計要求（1）合理的設計硬件電路，說明工作原理及設計過程，畫出相關的電路原理圖（運用multisim電路仿真軟件）；（2）選擇常用的電器元件（說明電器元件選擇的過程和依據(jù)）； （3）對電路進行局部或整體仿真分析；（4）按照規(guī)范要求，按時提交課程設計報告（打印或手寫），并完成相應答辯。二.設計的作用，目的（1）在給定的12v直流電源電壓條件下，用集成運放設計一個函數(shù)信號發(fā)生器。 函數(shù)信號發(fā)生器能夠輸出正弦波、方波和三角波，幅值和頻率可調(diào)。（2）掌握函數(shù)信號發(fā)生器工作原理，熟悉集成運放的使用方法，熟悉multisim軟件的使用。三.設計的具體實現(xiàn)1.系統(tǒng)概述產(chǎn)生正弦波，方波，三角波的方案有很多種，可以先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，再由積分電路將方波變?yōu)槿遣ǎ灰部梢允紫犬a(chǎn)生三角波-方波，再將三角波變成正弦波或方波變成正弦波。本設計采用先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，其電路圖如下圖： 圖1 函數(shù)信號發(fā)生器原理圖 2.單元電路設計，仿真與分析多波形信號發(fā)生器方框圖如圖1所示。本課題采用由集成運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)生器的設計方法。并采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法：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。設計差分放大器時，傳輸特性曲線要對稱、線性區(qū)要窄，輸入的三角波的的幅度um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。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。2.1 方波發(fā)生電路從一般原理來分析,可以在滯回比較器電路的基礎上,靠正反饋和rc充放電回路組成矩形波發(fā)生電路,由于滯回比較器的輸出只有兩種可能的狀態(tài)，高電平或低電平，兩種不同的輸出電平式rc電路進行充電和放電，于是電容上的電壓降升高或降低，而電容的電壓又作為滯回比較器的輸入電壓，控制其輸出端狀態(tài)發(fā)生跳變，從而使rc電路由充電過程變成放電過程或相反，如此循環(huán)往復，周而復始，最后在滯回比較器的輸出端即可得到一個高低電平變化周期性交替的方波信號方波發(fā)生電路仿真電路模型如圖2-1所示圖2-1 方波發(fā)生電路仿真模擬 2. 三角波發(fā)生電路在產(chǎn)生方波之后，利用此波形輸入到一個積分電路便可輸出一個三角波。由于三角波信號是電容的充放電過程形成的指數(shù)形式，所以線性度較差，為了能得到線性度較好的三角波，可以將運放和幾個電阻，電容構(gòu)成積分電路。三角波發(fā)生電路仿真電路模型如圖2-2所示：圖2-2三角波發(fā)生電路仿真模擬2.正弦波發(fā)生電路利用差分放大器傳輸特曲線的非線性，將三角波信號轉(zhuǎn)化成正弦波信號。其傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好，三角波的幅值pp應正好使晶體管接近飽和區(qū)和截止去。正弦波發(fā)生電路仿真電路模型如圖2-3所示：圖2-3正弦波發(fā)生電路仿真模擬在multisim 10中可得到圖所示的波形：圖2-4方波圖2-5三角波圖2-5正弦波2. 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖2-7為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路，其中運算放大器用雙運放器741div圖2-7參數(shù)選擇：在電容c1、c2處放置了選擇開關，可以滿足課設要求的兩個頻率范圍110hz、10100hz： 當需要110hz時，開關選擇c2=1f，取，rp2為100電位器； 當需要10100hz時，取c2=100nf，以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，r4及rp2的取值不變。平衡電阻。工作原理如下： 若a點斷開，運算發(fā)大器a1（左）與r1、r2及r3、rp1組成電壓比較器，c1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放a2（右）與r4、rp2、c2及r5組成反相積分器，其輸入信號為方波uo1,則積分器的輸出電壓uo2為 當時， 當時，若a點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為：方波-三角波的頻率f為： 由此可見積分器在輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系如下圖28所示 圖2-8三角波的幅度為：方波-三角波的頻率f為： 由以上兩式可以得到以下結(jié)論：1. 電位器rp2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會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，pr2實現(xiàn)頻率微調(diào)。2. 方波的輸出幅度應等于電源電壓+vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+vcc。電位器rp1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。2. 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路工作原理圖2-9參數(shù)選擇：隔直電容c3、c4、c5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。re2=100歐與rp4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整rp4及電阻r6確定。圖2-10分析表明，傳輸特性曲線的表達式為： 上式中：；差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當量，當室溫為25時，ut26mv。如果uid為三角波，設表達式為式中：um三角波的幅度；t三角波的周期。 為使輸出波形更接近正弦波，由圖5-10可知：（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。3. 總電路圖圖2-11仿真圖 圖2-12比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路，方波、三角波同時輸出。電位器rp1與rp2要事先調(diào)整到設定值，否則電路可能會不起振。只要接線正確，接通電源后便可輸出方波、三角波。微調(diào)rp1，使三角波的輸出幅度滿足設計要求，調(diào)節(jié)rp2，則輸出頻率在對應波段內(nèi)連續(xù)可變。 調(diào)整rp4及電阻r7，可以使傳輸特性曲線對稱。調(diào)節(jié)rp3使三角波的輸出幅度經(jīng)rp3輸出等于uidm值，這時輸出波形應接近正弦波，調(diào)節(jié)c6的大小可改善波形。 因為運放輸出級由pnp型與npn型兩種晶體管組成復合互補對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與飽和導通，導通時受輸出電阻的影響，使方波輸出值小于電源電壓值，故方波輸出電壓up-p2vcc。方波的上升時間tr主要受運算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制。 實驗中若波形幅值太小，可適當添加一個放大電路以達到課設要求。四.心得體會及建議 通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個課程設計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。這次課程設計讓我認識到設計是讓我們提升動手能力的絕好機會，這也能讓我們可以把以前學到的理論知識在實踐中得到認證，我期盼在今后的課程中能得到更多像這樣的機會讓同學們得到鍛煉。同時通過這次對函數(shù)波形發(fā)生器的設計與制作，讓我更加了解了一些設計電路的程序，也讓我了解了關于函數(shù)波形發(fā)生器的原理與設計理念，設計一個電路時只有先通過仿真，仿真成功之后再實際接線使我了解了multisim等軟件及其運用，這次設計還使我認識到，電路設計需要耐心，需要一種整體的思維，而且遇到點問題很正常，關鍵要學會分析問題，善于解決問題，很多東西要弄懂弄動手實際操作才會有深刻理解五.附錄雙蹤示波器1臺多通道示波器1臺運放741-div2片電位器47k 2只電位器100 1只電位器100k 1只電容470f 3只電容100f 1只電容1f 1只電容0.1f1只選擇開關1只電阻20k3只電阻10k3只電阻6.8k2只電阻5.1k1只電阻2k2只電阻8k1只電阻1001只晶體管2n22194只二極管1n4743a2只六.參考文獻1彭