壓控函數(shù)發(fā)生器[教學(xué)知識]

1、壓控函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計目 錄一、課程設(shè)計內(nèi)容及方框圖1 1、課程設(shè)計內(nèi)容1 2、方框圖1二、方案選擇2三、框內(nèi)電路設(shè)計2（一）各框內(nèi)電路獨立設(shè)計2 1、Vix的產(chǎn)生2 2、跟隨器：3 3、極性變換：3 4、積分器4 5、比較反饋：6 6、非線性轉(zhuǎn)換器：（即三角波-正弦波）8（二）方波-三角波10（三）小結(jié)12四、總圖調(diào)試12（一）仿真過程12 1、方波-三角波12 2、三角波-正弦波13（二）實驗過程13 1、方波-三角波13 2、三角波-正弦波16五、參考文獻(xiàn)16六、心得體會17附件18練題壓控函數(shù)發(fā)生器設(shè)計實驗報告一、課程設(shè)計內(nèi)容及方框圖1、課程設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計一個壓控函數(shù)發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波

2、、正弦波和三角波。 要求：（1）輸入為的直流電壓，對應(yīng)輸出的函數(shù)。 （2）輸出的三角波電壓為；正弦波為；方波為。2、方框圖非線性轉(zhuǎn)換器積分器極性變換跟隨器比較反饋 從積分器端輸出的三角波：從比較反饋端輸出的方波：從非線性轉(zhuǎn)換器輸出的正弦波：二、方案選擇函數(shù)發(fā)生器能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形，其電路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成電路，本課程設(shè)計主要研究由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器組成的方波-三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如先產(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；也可以先產(chǎn)

3、生三角波方波，再將三角波變成正弦波或者方波變成正弦波，本課程設(shè)計中，采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變成正弦波的電路設(shè)計方法。由積分器和反饋比較器分別得到三角波、方波，再將三角波輸入差分放大器，利用差分放大器傳輸曲線的非線性特征得到正弦波。三、框內(nèi)電路設(shè)計 （一）各框內(nèi)電路獨立設(shè)計1、的產(chǎn)生 對的要求為的直流電壓，故采用電阻電位分壓方式產(chǎn)生，具體發(fā)生電路如圖。 因為電源電壓為12，故，在此選取，。圖2、跟隨器： 在同相比例運(yùn)算電路中，將輸入電壓的全部反饋到反相輸入端，從而使輸入電壓等于輸出電壓，即形成電壓跟隨器，理想運(yùn)放的開環(huán)增益為無窮大，因而電壓跟隨器有較好的跟隨特性。（圖）圖3、極性變換：

4、 當(dāng)開關(guān)閉合時，且為保證電路對稱，。 當(dāng)開關(guān)打開時，。 則為了滿足電路的極性變換要求，且。根據(jù)以上要求：本課程設(shè)計中選取，。 見圖。圖4、積分器： 如圖所示的積分運(yùn)算電路中，由于集成運(yùn)放的同相輸入端通過接地，為“虛地”。 電路中，電容中電流等于電阻中電流，輸出電壓與電容上電壓的關(guān)系為，而電容上電壓等于其電流的積分，故： 當(dāng)， 當(dāng)輸入信號為方波時，輸出信號為三角波。 圖根據(jù)以上分析，同時滿足設(shè)計要求（輸出三角波峰峰值為8，頻率為），則令，此時對應(yīng)時刻。由得： 因為設(shè)定，故得。圖 為使輸出波形對稱。在低頻時，對波形的影響很大。5、比較反饋： 如圖所示施密特電路將輸入的三角波轉(zhuǎn)換成方波輸出，同時利用

5、三極管的開關(guān)特性控制機(jī)型變化中的開關(guān)。具體原理如下： 根據(jù)施密特電路的工作原理得：運(yùn)算放大器的輸出電壓在正、負(fù)飽和之間轉(zhuǎn)換，即：。輸出電壓由反饋到正相輸入端，其中反饋因數(shù)。 同時可以得到反饋的上下臨界電壓分別為： 根據(jù)本課程設(shè)計的要求，輸入的三角波峰峰值為，輸出的方波為。則根據(jù)上述原理可得：在理想狀態(tài)下，即忽略管壓降的情況下：，但在考慮管壓降以及本課程設(shè)計的具體要求，實際試驗中。然后再經(jīng)過二極管，由于二極管單向?qū)ǖ奶匦?，便可得到要求中的方波。圖6、非線性轉(zhuǎn)換器：（即三角波-正弦波） 在三角波-正弦波的轉(zhuǎn)換過程中，選用了差分放大器作為轉(zhuǎn)換電路。波形變換的原理是：利用差分對管的飽和與截止特性進(jìn)行

6、變換。 差分放大器的傳輸特性曲線：， 式中：，為差分放大器的恒定電流；為溫度的電壓常量，當(dāng)室溫為時，。 輸入為峰峰值為的三角波，設(shè)表達(dá)式為： = 式中：；為三角波的周期。代入差分放大器的傳輸特性曲線，則： 為了使輸出波形更接近正弦波，要求： （1）傳輸特性曲線盡可能對稱，線性區(qū)盡可能窄； （2）三極管盡可能工作在非線性區(qū)，則應(yīng)使放大器的放大倍數(shù)盡可能大，設(shè)置較低的靜態(tài)工作點，同時輸入較小的信號。 圖為三角波-正弦波的變換電路，其中調(diào)節(jié)三角波的幅度，調(diào)節(jié)電路的對稱性，為隔直電容。 為了滿足上述要求，以及老師對此設(shè)計的要求，使，兩端電壓為 。并考慮實驗室所給器件的情況，本課程設(shè)計中?。?， ，圖（

7、二）方波-三角波： 圖為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路，圖中點輸出三角波，點輸出方波。圖 根據(jù)以上對個獨立框圖電路的設(shè)計，由電阻電位分壓方式產(chǎn)生的，經(jīng)電壓跟隨器和極性轉(zhuǎn)換器，并在的控制下，在點形成了的方波，經(jīng)過積分電路，在輸出三角波，三角波經(jīng)過施密特電路在點輸出方波。 其中，當(dāng)在變化的過程中，輸出信號頻率從變化。 由 得： 將代入： 即： 由可知線性相關(guān)。（三）小結(jié) 根據(jù)以上分析，總結(jié)試驗中所用各電阻及電容的值如下： ,，。四、總圖調(diào)試（一）仿真過程 1、方波-三角波 根據(jù)圖利用EWB進(jìn)行仿真，從示波器中得到的方波-三角波波形，如圖。圖2、三角波-正弦波 根據(jù)圖利用EWB仿真，從示波器中顯示的三角波-正

8、弦波如圖。圖（二）實驗過程 1、方波-三角波 為了使和盡可能的滿足線性關(guān)系，實驗中給串聯(lián)接上一個滑動變阻器用以調(diào)節(jié)和的線性關(guān)系。 調(diào)節(jié)滑動變阻器使，保持接入電路部分的阻值不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使輸出三角波的頻率等于；保持滑動變阻器接入電路部分阻值不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器使，讀得此時輸出三角波的頻率等于。（圖4-2-1與圖4-2-2為模擬圖像，并非實際記錄圖像）擬合函數(shù)圖像如下： 其與理論值相比較，誤差在其允許范圍內(nèi)。 實驗中產(chǎn)生的方波幅值偏小，約左右（見圖），與要求值（）不符。檢查其原因應(yīng)為電阻的阻值選取過小，的阻值應(yīng)為。圖改進(jìn)后：圖2、三角波-正弦波在改進(jìn)型的差分放大電路中，利用來調(diào)節(jié)正弦波的對

9、稱性，來調(diào)節(jié)正弦波的銳化程度。在實驗過稱中通過對和的不斷調(diào)節(jié)，來得到較為美觀的正弦波。相比方波-三角波的實驗過程，正弦波在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題較少。但也存在以下兩個問題：由于之前原理及仿真部分對于三極管靜態(tài)工作點設(shè)置的誤解，導(dǎo)致出現(xiàn)的正弦波嚴(yán)重失真，通過不斷地測試、分析，最終得到了較為理想的正弦波。由于負(fù)載電阻的阻值選擇的太小，導(dǎo)致輸出的正弦波幅度僅為幾百毫伏。經(jīng)過對負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)最終選擇的的大電阻，使輸出的正弦波幅值達(dá)到，滿足實驗要求。五、參考文獻(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 張申科 崔葛瑾編 電子工業(yè)出版社出版模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 華成英 童詩白主編 高等教育出版社出版電子線路設(shè)計實驗測試（第二

10、版）謝自美主編 華中理工大學(xué)出版社出版EWB 9電子設(shè)計技術(shù)李良榮主編 機(jī)械工業(yè)出版社出版六、心得體會 通過對壓控函數(shù)發(fā)生器設(shè)計原理的學(xué)習(xí)和實驗，充分理解了運(yùn)算放大器、積分器、施密特電路以及改進(jìn)型差分放大的工作原理，熟悉了EWB的操作程序，并了解了其仿真過程的優(yōu)缺點，同時提高了實際的操作能力。 在仿真過程中，由于對軟件平臺的不熟悉，經(jīng)常出現(xiàn)線路重疊，有短路或者電路開環(huán)的狀況出現(xiàn)，通過反復(fù)不斷地測試修改，逐漸掌握了用EWB畫電路圖的一些技巧，同時學(xué)會了用各種測量儀器去檢測電路中出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。在具體帶參數(shù)仿真過程中，了解到了EWB的工作原理，其針對原理仿真，在其中得到的具體數(shù)值不能直接應(yīng)用到實驗中。在實驗過程中，由于實驗室所提供的器件參數(shù)不能完全滿足理論得出的參數(shù)值，在試驗過程中不斷地更換電阻，盡可能保證參數(shù)之間的比例關(guān)系，在對參數(shù)精度要求高的地方，便利用滑動變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時為了保證電路設(shè)計的清楚、美觀，在接線方面花費了很大部分時間，而且因為實際元件都很小，導(dǎo)線很細(xì)，導(dǎo)致偶爾會出現(xiàn)看錯行的錯誤，同時線路接好如果出現(xiàn)錯誤便很難看出，經(jīng)過本次試驗不斷地嘗試，終于掌握的在實際中利用儀器檢測錯誤環(huán)節(jié)的方法，并能