波形發(fā)生器課程設(shè)計報告

1、課程設(shè)計報告書波形發(fā)生器學(xué)院電子與信息學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師課程編號課程學(xué)分 1起始日期 2017波形發(fā)生器一、選題背景 波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué) 實驗等領(lǐng)域。函數(shù)信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波 （含方波）、正弦波的電路。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛 的用途。通過對函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計一個能變換出三角波、 正弦波、矩形波的函數(shù)波形發(fā)生器。二、方案論證1、設(shè)計題目要求1.1 、功能要求 同時三通道輸出，采用正弦波、矩形波、三角波的級聯(lián)結(jié)構(gòu)； 電源由穩(wěn)壓電源供給；1.2

2、、指標(biāo)要求：輸出電壓要求正弦波 Vp-p10V、矩形波 Vp-p10V、三角波 Vp-p4V；輸出波形頻率范圍為 100Hz2kHz；通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于 5%； 矩形波占空比可調(diào)整，調(diào)整范圍： 10%90%；2、總體設(shè)計方案2.1 設(shè)計思路根據(jù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程，可通過 RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，通過比 較器變換成矩形波，再通過積分電路變換成三角波；或者同過滯回比較器和RC電路組成的矩形波發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波，通過積分電路變換成三角波，再用濾波法 變換成正弦波。2.2 設(shè)計方案 滿足上述設(shè)計功能可以實施的方案很多，現(xiàn)提出以下幾種方案：221 方案一原理框圖圖 2.2.1

3、 方案一原理框圖基本原理 通過 RC橋式正弦波振蕩電路，產(chǎn)生正弦波，改變電阻 R和電容 C的值實現(xiàn)頻 率可調(diào)；通過單限比較器，產(chǎn)生矩形波，接入?yún)⒖茧妷?，通過改變與參考電 壓串聯(lián)電阻的阻值，實現(xiàn)占空比可調(diào)；通過積分電路，產(chǎn)生三角波。222 方案二原理框圖圖 2.2.2 方案二原理框圖基本原理 通過矩形波發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波，改變阻值和電容實現(xiàn)頻率可調(diào)，利用二極 管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的通路，改變電位器阻值實現(xiàn)占空比 可調(diào)；通過積分電路產(chǎn)生三角波；通過低通濾波器產(chǎn)生正弦波。2.3 方案論證與比較 方案一中的 RC橋式正弦波振蕩電路，因為兩個電位器阻值須相等才能實現(xiàn)減少 失真，所以改變頻率

4、時，兩個電位器的改變量必須相等，增加了調(diào)節(jié)的難度；方案二 的濾波法要求三角波為固定頻率或者頻率變化范圍很小， 而題目要求頻率范圍為 100Hz 2kHz，不符合要求；而若用折線法需要大量電阻與二極管，成本較高；綜上所述， 方案一在成本與指標(biāo)實現(xiàn)上更具優(yōu)勢，所以采用方案一。三、單元電路設(shè)計31、RC橋式正弦波振蕩電路 311、RC橋式正弦波振蕩電路及其工作原理或功能說明圖 3.1.1RC 橋式正弦波振蕩電路倘若存在頻率 f 0 ，是電路產(chǎn)生的附加相移為 ，而且 A F 1，則電路將產(chǎn)生 自激振蕩。當(dāng)A趨近于 3 時，趨A近u于p 無窮大，表明電路即使在無輸入的情況下，也會 有頻率為 f 0 的輸

5、出電壓，即電路產(chǎn)生了自激振蕩。 因為電路僅對頻率 f 0的信號放大， 而對其他頻率的信號迅速衰減為零，所以輸出頻率為 f 0 的正弦波。312、RC橋式正弦波振蕩電路元件的選取與計算 由于要求頻率范圍為 100Hz2kHz，選取 1kHz 為中心頻率。 由于1 f 0 2 RC1000Hz得到RC1.59 10 4f0為了使選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性盡量不受集成運算放大器的輸入電阻 Ri和輸出電阻 Ro的影響，應(yīng)使 R滿足下列關(guān)系式： RiRRo，一般 Ri 約 為幾百千歐以上， Ro 僅為幾百歐以上。故確定 R=16K，則 C=10nF。 RC選頻網(wǎng)絡(luò)對于中心頻率 f 0的放大倍數(shù)為，F(xiàn)而1回路起振

6、條件為 A F 1。 故放大電路的電壓放大倍數(shù)，即，取。而 Rf R43 rd其中， rd為二極管的正向動態(tài)電阻。為了減小輸入失調(diào)電流A和漂R3移R的R影1 響3，電路R應(yīng)f該滿2 足直流Rf平衡2條件，即：綜上所述：由R3R3R3R1 R3 /Rf 16KR f R 4 rdR f 2rRd 3 5.21K得：R1=24kRf=48k R4=42.9k（經(jīng)實驗室實際調(diào)試，取 41k） 32、單限比較器電路321、單限比較器電路及其工作原理或功能說明圖 3.2.1 單限比較器電路根據(jù)疊加原理，集成運放反向輸入端的電位R6N R5uI6R5R5 RU REF6令 uN uP 0 ，則求出閾值電壓

7、6R5 UREF當(dāng) U I U T 時， U22V，符合要求；整流電路輸出電壓為 22V；電容的值應(yīng)滿足： C(T*I)/(2U), 一般選擇電容的值為 C=(3-5)(T*I)/(2U). 其中 T為輸入正弦信號的周期， 我們現(xiàn)在用的市電頻率都為 50Hz,故有其周 期為 T=1/f=0.02s,I 為三端穩(wěn)壓器的最大輸入電流， U 為三端穩(wěn)壓器的最小 輸入電壓( 22V)，帶入各項計算得： C=1817uF，取 2000uF。四、整機(jī)電路4.1 整機(jī)電路圖圖 4.1 整機(jī)電路圖4.2 元件清單名稱型號數(shù)量電阻2K124K130K148K1100K1200K1電位器5K1100K3電容10n

8、F20.1 F1二極管1N40012穩(wěn)壓管5.1V2單刀雙擲開關(guān)1運放UA7413五、性能指標(biāo)的測量與分析5.1 電路測試5.1.1 測試使用的儀器示波器數(shù)字萬用表步驟 連接電路，用示波器按順序查看正弦波，矩形波，三角波波形； 在出問題的電路單元查看導(dǎo)線連接是否正確； 檢查 UA741芯片靜態(tài)工作點電壓是否正常； 檢測并調(diào)節(jié)電位器電阻；5.1.3 測量數(shù)據(jù)與分析正弦頻率（ Hz）98.7710549.619987.9671.511K2.106K矩形頻率（ Hz）占空98.7710159987.9671592.106K159三角頻率（ Hz）99.4432.096K波Vpp（V）11.9112.

9、7627.1125.8415.79波比Vpp（V）0%12.480%12.230%12.610%12.550%12.210%12.440%12.230%12.250%12.20波Vpp（V）8.6410.96數(shù)據(jù)分析：所測得數(shù)據(jù)振幅均滿足“輸出電壓要求正弦波 Vp-p10V、矩形波 Vp-p10V、三角波 Vp-p4V”的條件；輸出波形頻率范圍超過 100Hz 2kHz；矩形波 占空比實現(xiàn) 10%90%范圍內(nèi)可調(diào)整。5.1.5 電路波形圖圖頻率 100Hz，占空比 10%圖頻率 100Hz，占空比 90%圖頻率 1KHz ，占空比 10%圖頻率 1KHz ，占空比 90%圖頻率 2KHz ，占

10、空比 10%頻率 2KHz，占空比 50%圖頻率 2KHz ，占空比 90%圖圖頻率 1KHz 三角波5.1.5 故障分析及處理RC橋式正弦波振蕩電路無波形輸出，檢測導(dǎo)線無錯誤，用萬用表檢測運 放工作電壓，發(fā)現(xiàn)不正常，查看運放供電電壓后發(fā)現(xiàn)，電源沒有接地，接地后， 有波形出現(xiàn)；但是輸出的波形失真，檢查導(dǎo)線無錯誤后，用數(shù)字萬用表檢測并 調(diào)節(jié) R1、R2至阻值相等后，波形不再失真。單限比較器電路無波形輸出， 檢查導(dǎo)線連接無誤后， 調(diào)節(jié)電位器 R5 阻值， 矩形波逐漸出現(xiàn)。積分電路輸出三角波出現(xiàn)失真，用一值為 100K的電阻并聯(lián)電容 C3，波 形失真減少， 改用 150K與 50K電阻，發(fā)現(xiàn)用 50

11、K的效果更好， 以此法再試 用其他電阻，發(fā)現(xiàn) 30K 的電阻效果最好。5.2 電路實現(xiàn)的功能和系統(tǒng)使用說明電路能實現(xiàn)三通道同時輸出， 可輸出正弦波， 矩形波， 三角波；頻率可在 100Hz 2kHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；矩形波的占空比可在 10%90%范圍內(nèi)調(diào)整。 同時調(diào)節(jié) R1、R2 即可調(diào)節(jié)頻率；調(diào)節(jié) R5和參考電壓極性，即可調(diào)節(jié)矩形波占空比。六課程設(shè)計總結(jié) 拿到題目首先是看題目要求，回憶自己所學(xué)過的知識，思考如何實現(xiàn)，再網(wǎng)上找相 關(guān)資料，用 Multisim 仿真，在面包板上搭建，調(diào)試。網(wǎng)上的資料質(zhì)量參差不齊，通 過這次課程設(shè)計，我更好的學(xué)會的判斷與篩選；往往需要自己結(jié)合課本知識來重新 計算，重新設(shè)計。仿真的成功不意味著搭建電路就好成功，在這次課程設(shè)計就遇到 了波形失真，需要調(diào)整參數(shù)，接線錯誤，需要反