《模電函數(shù)發(fā)生器》課程設(shè)計實驗報告[001]

1、模電函數(shù)發(fā)生器課程設(shè)計實驗報告001東華理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計題目：函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計課程：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)專業(yè)：電子科學(xué)技術(shù)班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：完成日期： 第一部分 任務(wù)及指導(dǎo)書（含課程設(shè)計計劃安排） 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)指導(dǎo)書 課題：函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計一個電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作過程所涉及的知識面很廣；加上電子技術(shù)的發(fā)展異常迅速，新的電子器件的功能在不斷提升，新的設(shè)計方法不斷發(fā)展，新的工藝手段層出不窮，它們對傳統(tǒng)的設(shè)計、制作方法提出了新的挑戰(zhàn)。但對于初次涉足電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作來說，了解并實踐一下電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作的基本過程是很有必要的。由于所涉及的知識面很廣，相應(yīng)

2、的具體內(nèi)容請參考本文中提示的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計、電子技術(shù)實驗等書的有關(guān)章節(jié)。函數(shù)發(fā)生器的簡介函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器s101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，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)計方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(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

3、電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，一、函數(shù)發(fā)生器的工作原理本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：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，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時，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。 圖1-1 函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖二、設(shè)計目的 1掌握電

4、子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法。2掌握模擬ic器件的應(yīng)用。3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力。三、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、三角波；3頻率范圍：在1010000hz范圍內(nèi)可調(diào)；4輸出電壓：方波u24v，三角波u8v，正弦波u1v；四、設(shè)計所用儀器及器件1直流穩(wěn)壓電源2雙蹤示波器3萬用表4運(yùn)放7415電阻、電容若干6三極管7面包板 五、日程安排 1布置任務(wù)、查閱資料，方案設(shè)計。（一天）根據(jù)設(shè)計要求，查閱參考資料，進(jìn)行方案設(shè)計及可行性論證，確定設(shè)計方案，畫出詳細(xì)的原理圖。2上機(jī)在edb（或eda）對設(shè)計電路進(jìn)行模擬仿真調(diào)試、畫電路原理接線圖。（半天）要求在虛

5、擬儀器上觀測到正確的波形并達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。3電路的裝配及調(diào)試。（兩天半）在面包板上對電路進(jìn)行裝配調(diào)試，使其全面達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，最終通過驗收。4總結(jié)報告。（一天）六、課程設(shè)計報告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計過程，寫出設(shè)計報告，設(shè)計報告具體內(nèi)容要求如下：1課程設(shè)計的目和設(shè)計的任務(wù)2課程設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo)3總方案的確定并畫出原理框圖。4各組成單元電路設(shè)計，及電路的原理、工作特性(結(jié)合設(shè)計圖寫)5總原理圖，工作原理、工作特性（結(jié)合框圖及電路圖講解）。6電路安裝、調(diào)試步驟及方法，調(diào)試中遇到的問題，及分析解決方法。7實驗結(jié)果分析，改進(jìn)意見及收獲。8體會。七、電子電路設(shè)計的一般方法：1仔細(xì)分析產(chǎn)品的功能要求，利

6、用互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱資料，從中提取相關(guān)和最有價值的信息、方法。（1）設(shè)計總體方案。（2）設(shè)計單元電路、選擇元器件、根據(jù)需要調(diào)整總體方案。（3）計算電路（元件）參數(shù)。（4）繪制總體電路初稿。（5）上機(jī)在edb（或eda）電路實驗仿真。 （6）繪制總體電路。 2明確電路圖設(shè)計的基本要求進(jìn)行電路設(shè)計。并上機(jī)在edb（或eda）上進(jìn)行電路實驗仿真，電路圖設(shè)計已有不少的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工繪圖的壓力，電路實驗仿真大大減少人工重復(fù)勞動，并可幫助工程技術(shù)人員調(diào)整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。3掌握常用元器件的識別和測試。電子元器件種類繁多，并且不斷有新的功能

7、、性能更好的元器件出現(xiàn)。需要通過互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱它們的識別和測試方法。對于常用元器件，不少手冊有所介紹。4、熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。通過排除電路故障，提高電路性能的過程，鞏固理論知識,提高解決實際問題的能力。5、獨(dú)立書寫課程設(shè)計報告。 第二部分 課程設(shè)計報告 目錄 1設(shè)計的目的及任務(wù) (1)1.1 課程設(shè)計的目的 (1)1.2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求 (1)1.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo) (1)2 電路設(shè)計總方案及原理框圖 (2)2.1 電路設(shè)計原理框圖 (2)2.2 電路設(shè)計方案設(shè)計 (2)3 各部分電路設(shè)計 (3)3.1 方波發(fā)生電路的工作原理 (3)3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換

8、電路的工作原理 (3)3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 (6)3.3電路的參數(shù)選擇及計算 (8)3.5 總電路圖 (8)4 電路仿真 (10)4.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真 (10)4.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真 (12)5 電路的安裝與調(diào)試 (15)5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試 (15)5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試 (15)5.3 總電路的安裝與調(diào)試 (15)5.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法 (16)6電路的實驗結(jié)果 (17)6.1 方波-三角波發(fā)生電路的實驗結(jié)果 (17)6.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的實驗結(jié)果 (17)6.3 實

9、測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法 (18)7 收獲與體會 (19)8 儀器儀表明細(xì)清單 (20)參考文獻(xiàn) (21) 一設(shè)計的目的及任務(wù) （一）課程設(shè)計的目的1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法。2掌握模擬ic器件的應(yīng)用。3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力。（二）課程設(shè)計的任務(wù)與要求1仔細(xì)分析產(chǎn)品的功能要求，利用互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱資料，從中提取相關(guān)和最有價值的信息、方法。（1）設(shè)計總體方案。（2）設(shè)計單元電路、選擇元器件、根據(jù)需要調(diào)整總體方案。（3）計算電路（元件）參數(shù)。（4）繪制總體電路初稿。（5）上機(jī)在edb（或eda）電路實驗仿真。（6）繪制總體電路。2明確電路圖設(shè)計的基本要求進(jìn)行電路設(shè)計。

10、并上機(jī)在edb（或eda）上進(jìn)行電路實驗仿真，電路圖設(shè)計已有不少的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工繪圖的壓力，電路實驗仿真大大減少人工重復(fù)勞動，并可幫助工程技術(shù)人員調(diào)整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。3掌握常用元器件的識別和測試。電子元器件種類繁多，并且不斷有新的功能、性能更好的元器件出現(xiàn)。需要通過互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱它們的識別和測試方法。對于常用元器件，不少手冊有所介紹。4熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。通過排除電路故障，提高電路性能的過程，鞏固理論知識,提高解決實際問題的能力。5獨(dú)立書寫課程設(shè)計報告。（三）課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)1.設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)

11、生器； 2.輸出波形：正弦波、方波、三角波； 3.頻率范圍：在1010000hz范圍內(nèi)可調(diào)；4.輸出電壓：方波u24v，三角波u8v，正弦波u1v；二電路設(shè)計總方案及原理框圖（一）電路設(shè)計原理框圖函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器。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?，F(xiàn)在我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計一個能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。我們通過對電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。在達(dá)

12、到課題要求的前提下保證經(jīng)濟(jì)、方便、優(yōu)化的設(shè)計策略。按照設(shè)計的方案選擇具體的原件，焊接出具體的實物圖，并在實驗室對焊接好的實物圖進(jìn)行調(diào)試，觀察效果并與最初的設(shè)計要求的性能指標(biāo)作對比。最后分析出現(xiàn)誤差的原因以及影響因素。圖2-1 函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖（二）電路設(shè)計方案設(shè)計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，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時，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。能實現(xiàn)

13、頻率可調(diào)的指標(biāo)要求，且能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的幅度調(diào)節(jié)。但積分電路的時間參數(shù)選擇需保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真。 三各部分電路設(shè)計（一）方波發(fā)生電路的工作原理此電路由反相輸入的滯回比較器和rc電路組成。rc回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過rc充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓uo=+uz,則同相輸入端電位up=+ut。uo通過r3對電容c正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，un趨于+uz；但是，一旦un=+ut,再稍增大，uo從+uz躍變?yōu)?uz,與此同時up從+ut躍變?yōu)?ut。隨后，uo 又通過r3對電容c反向充電，如圖中虛線箭頭所示。un隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)t 趨于無窮大時，un趨于-uz；但是，一旦un=-ut,再減小，uo就從-uz躍變?yōu)?uz，up