函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一.設(shè)計(jì)要求.2二.設(shè)計(jì)的作用，目的.2三.設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn).21.系統(tǒng)概述.22. 單元電路設(shè)計(jì)，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(huì)及建議.14五.附錄.156. 參考文獻(xiàn).16函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告一.設(shè)計(jì)要求（1）合理的設(shè)計(jì)硬件電路，說(shuō)明工作原理及設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出相關(guān)的電路原理圖（運(yùn)用multisim電路仿真軟件）；（2）選擇常用的電器元件（說(shuō)明電器元件選擇的過(guò)程和依據(jù)）； （3）對(duì)電路進(jìn)行局部或整體仿真分析；（4）按照規(guī)范要求，按時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告（打印或手寫(xiě)），并完成相應(yīng)答辯。二.設(shè)計(jì)的作用，目的（1）在給定的12v直流電源電壓條件下，用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 函數(shù)信號(hào)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(hào)發(fā)生器工作原理，熟悉集成運(yùn)放的使用方法，熟悉multisim軟件的使用。三.設(shè)計(jì)的具體實(shí)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(guò)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(shè)計(jì)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(jì)方法，其電路圖如下圖： 圖1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理圖 2.單元電路設(shè)計(jì)，仿真與分析多波形信號(hào)發(fā)生器方框圖如圖1所示。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(jì)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(shè)計(jì)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(lái)完成。設(shè)計(jì)差分放大器時(shí)，傳輸特性曲線要對(duì)稱、線性區(qū)要窄，輸入的三角波的的幅度um應(yīng)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(lái)分析,可以在滯回比較器電路的基礎(chǔ)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(jìn)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(guò)程變成放電過(guò)程或相反，如此循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始，最后在滯回比較器的輸出端即可得到一個(gè)高低電平變化周期性交替的方波信號(hào)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(gè)積分電路便可輸出一個(gè)三角波。由于三角波信號(hào)是電容的充放電過(guò)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(yùn)放和幾個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)化成正弦波信號(hào)。其傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好，三角波的幅值pp應(yīng)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(yùn)算放大器用雙運(yùn)放器741div圖2-7參數(shù)選擇：在電容c1、c2處放置了選擇開(kāi)關(guān)，可以滿足課設(shè)要求的兩個(gè)頻率范圍110hz、10100hz： 當(dāng)需要110hz時(shí)，開(kāi)關(guān)選擇c2=1f，取，rp2為100電位器； 當(dāng)需要10100hz時(shí)，取c2=100nf，以實(shí)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(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)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(yùn)放a2（右）與r4、rp2、c2及r5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波uo1,則積分器的輸出電壓uo2為 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，若a點(diǎn)閉合，即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-三角波。三角波的幅度為：方波-三角波的頻率f為： 由此可見(jiàn)積分器在輸入為方波時(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(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，pr2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。2. 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓+vcc。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。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?yàn)檩敵鲱l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(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)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(dá)式為： 上式中：；差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25時(shí)，ut26mv。如果uid為三角波，設(shè)表達(dá)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(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 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)。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(shí)輸出。電位器rp1與rp2要事先調(diào)整到設(shè)定值，否則電路可能會(huì)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(shè)計(jì)要求，調(diào)節(jié)rp2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)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(duì)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(shí)輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)節(jié)c6的大小可改善波形。 因?yàn)檫\(yùn)放輸出級(jí)由pnp型與npn型兩種晶體管組成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)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(shí)間tr主要受運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制。 實(shí)驗(yàn)中若波形幅值太小，可適當(dāng)添加一個(gè)放大電路以達(dá)到課設(shè)要求。四.心得體會(huì)及建議 通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)是讓我們提升動(dòng)手能力的絕好機(jī)會(huì)，這也能讓我們可以把以前學(xué)到的理論知識(shí)在實(shí)踐中得到認(rèn)證，我期盼在今后的課程中能得到更多像這樣的機(jī)會(huì)讓同學(xué)們得到鍛煉。同時(shí)通過(guò)這次對(duì)函數(shù)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作，讓我更加了解了一些設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于函數(shù)波形發(fā)生器的原理與設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)一個(gè)電路時(shí)只有先通過(guò)仿真，仿真成功之后再實(shí)際接線使我了解了multisim等軟件及其運(yùn)用，這次設(shè)計(jì)還使我認(rèn)識(shí)到，電路設(shè)計(jì)需要耐心，需要一種整體的思維，而且遇到點(diǎn)問(wèn)題很正常，關(guān)鍵要學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，善于解決問(wèn)題，很多東西要弄懂弄?jiǎng)邮謱?shí)際操作才會(huì)有深刻理解五.附錄雙蹤示波器1臺(tái)多通道示波器1臺(tái)運(yùn)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(kāi)關(guān)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(xiàn)1彭