《電工與電子技術基礎》課程設計報告函數(shù)信號發(fā)生器

1、電工與電子技術基礎課程設計報告 題 目 函數(shù)信號發(fā)生器 學院 (部) 汽車學院 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 06 月 18 日至 06 月 24 日 共 1 周 指導教師（簽字） 函數(shù)信號發(fā)生器1. 課題名稱與技術要求主要技術指標和要求：（1） 能產生正弦波、矩形波（占空比可調）、鋸齒波等多種波形；（2） 輸出信號的工作頻率范圍10hz10khz，連續(xù)可調；（3） 輸出信號波形幅值010v，連續(xù)可調。2. 摘要函數(shù)（波形）信號發(fā)生器，能產生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號。頻率范圍可從幾個赫到幾十兆赫函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣

2、泛的用途。我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構成設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。在達到課題要求的前提下保證最經濟、最方便、最優(yōu)化的設計策略。正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路，從原理上講，其由基本放大電路、正反饋網絡、選頻網絡、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分組成。正弦波發(fā)生電路常根據(jù)選頻網絡所用元件命名，分為rc正弦波振蕩電路、lc正弦波振蕩電路。矩形波發(fā)生電路是由555定時器組成的多諧振蕩器。鋸齒波發(fā)生電路的核心是集成運放組成的電壓比較器，由電壓比較器構成矩形波發(fā)生電路，輸出的矩形波經積分電路變換獲得鋸齒波。由上述三種發(fā)生電路產

3、生的波形經控制電路和放大電路得到幅值可調的正弦波、矩形波和方波，頻率的改變由發(fā)生電路中的相關元件改變。3. 總體設計方案論證及選擇產生正弦波、方波、鋸齒波的方案有很多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再經積分電路將方波變成鋸齒波；也可以首先產生三角波-方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。方案一：由rc正弦波發(fā)生電路產生正弦波，由555定時器組成矩形波發(fā)生電路產生矩形波，鋸齒波發(fā)生電路產生鋸齒波，三種波形經過控制電路，最后經過運放形成幅值可調的函數(shù)信號。方案二：采用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。先產生方波三角

4、波，再將三角波變換成正弦波。由比較器和積分器組成方波三角波發(fā)生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器完成。通過對差分放大電路部分元器件的調節(jié)來改善正弦波產生的波形。方案三：采用集成電路實現(xiàn)，主要部件有運算放大器lm318、單片函數(shù)發(fā)生器模塊5g8038、電阻和電容等。該方案可以通過調節(jié)函數(shù)發(fā)生器輸出振蕩頻率大小、占空比、正弦波的失真，可產生精度較高的方波、三角波、正弦波，且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率特性。 方案二產生的矩形波占空比無法調節(jié)，方案三采用芯片雖然精度較高，溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性比較好，而他們產生的波形頻率和占空比不能單獨調節(jié)，從而給使用帶

5、來很大不便。根據(jù)目前所學知識，及在短時間內要能熟練運用集成函數(shù)發(fā)生器8038有較大困難，在這里采用方案一來完成本次課程設計。4. 設計方案的原理框圖、總體電路圖、接線圖及說明原理框圖 總體電路圖說明：rc正弦波發(fā)生電路產生正弦波，由555定時器組成矩形波發(fā)生電路產生矩形波，鋸齒波發(fā)生電路由電壓比較器構成矩形波發(fā)生電路，輸出的矩形波經積分電路變換獲得鋸齒波，三種波形經過控制電路，最后經過運放形成幅值可調的函數(shù)信號。5. 單元電路設計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算 1.正弦波產生電路1）自激振蕩原理：在振蕩電路中，人為地引入正反饋，并使反饋環(huán)路增益滿足一定的條件，那么，電路在沒有外部激勵的情況下會

6、產生輸出信號，即產生自激振蕩。無論在放大電路還是在振蕩電路中，自激振蕩的本質是相同的。即振蕩時電路中的反饋一定是正反饋，并且反饋環(huán)路增益必須滿足一定的條件。正弦波振蕩電路主要有三個部分組成（1） 放大電路。利用運算放大器，使其有放大倍數(shù)，以滿足自激振蕩的條件。（2） 反饋網絡。把放大電路的輸出信號正反饋到輸入端，作為放大電路的輸入信號，并滿足自激振蕩的條件。（3） 選頻網絡。使振蕩電路只能讓某一特定頻率的信號滿足自激振蕩的條件，以保證振蕩電路輸出正弦波信號。 2）rc振蕩原理說明rc振蕩電路如圖所示圖一rc振蕩電路放大電路是同相比例運算電路，rc串并聯(lián)電路既是正反饋電路，又是選頻電路。輸出電壓

7、。經rc串并聯(lián)電路分壓后在rc并聯(lián)電路上得出反饋電壓，加在運算放大器的同相輸入端，作為它的輸入電壓。由此得欲使i與。同相，則上式分母的虛數(shù)部分必須為零，即這時，而同相比例運算放大電路的電壓放大倍數(shù)則為可見，當時，。在特定頻率時，和同相，也就是rc串并聯(lián)電路具有正反饋和選頻作用。和都是正弦波電壓。在起振時，應使，即。隨著振蕩幅度的增大，能自動減小，直到滿足或時，振蕩幅度達到穩(wěn)定，以后并能自動穩(wěn)幅。從到，這是自激振蕩的建立過程。在圖一中，是利用二極管正向伏安特性的非線性來自動穩(wěn)幅的。圖中，分和兩部分。在上正,反向并聯(lián)兩只二極管，它們在輸出電壓的正負半周內分別導通。在起振之初，由于幅度很小，尚不足以

8、使二極管導通，正向二極管近于開路，此時時，振蕩穩(wěn)定。振蕩頻率的改變，可通過調節(jié)r或c或同時調節(jié)r和c的數(shù)值來實現(xiàn)。由集成運算放大器的rc振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1mhz。3）正弦波發(fā)生器的設計通過雙聯(lián)電位器rp改變正弦波發(fā)生電路的輸出波形，輸出電壓幅值由幅值控制電路調節(jié)。4）主要元器件選擇及參數(shù)計算，且10hzf10khz，c=0.2uf，代入中得到r+rp的取值范圍即：79.6r+rp79617.8，取r=79.6則得出rp取值范圍為0rp79538.2。+取=20k =15k =28k集成運算放大器cf725；最大電源電壓v，共模抑制比120db，最大輸入電壓v。二極管d1，d2最大電

9、流i=u0max/(+)=13.5/（15000+20000）=0.39ma取2cz52b型二極管，最大整流電流100ma，反向工作峰值電壓50v。2.矩形波產生電路由555定時器組成的多諧振蕩器圖是由cb555定時器組成的多諧振蕩器。r1，r2和c是外接元件。555定時器的內部電路方框圖上圖所示，該集成電路由四部分組成：電阻分壓器、電壓比較器、基本rs觸發(fā)器、輸出緩沖器和放電三極管。 比較器的參考電壓由三只5 k的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比較器a1同相比較端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為2vcc3和vcc3。a1和a2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號

10、輸入并超過2vcc3時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于vcc3時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時充電，開關管截止。mr是復位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接vcc。 co是控制電壓端(5腳)，平時輸出2vcc3作為比較器a1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個001f的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 t為放電管，當t導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。接通電源后，它經和對電容c充電，

11、當上升略高于2/3時，比較器的輸出為0,將觸發(fā)器置0，為0.這時放電管t導通，電容c通過和t放電，下降略低于1/3時，比較器的輸出為0,將觸發(fā)器置1。，又由0變?yōu)?。這時，放電管t截止，又經和對電容c充電。如此重復此過程，為連續(xù)的矩形波。 第一個暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度tp1，即電容c充電的時間： tp1(r1+r2)cln2=0.7r2c 第二個暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度tp2,即電容c充電的時間： tp2r2cln2=0.7r2c振蕩周期 t=tp1+tp20.7(ri+2r2)c 振蕩頻率 f=1/t=1.43/(r1+2r2)c由555定時器組成的振蕩器，最高工作頻率可達300khz。輸出波形的占空

12、比 d=tp1/（tp1+tp2）=(r1+r2)/(ri+2r2)2）矩形波發(fā)生器的設計圖是占空比可調的多諧振蕩器。圖中用di和d2兩只二極管將電容c的充放電電路分開，并接一電位器rp。 充電電路：uccd1c“地” 放電電路：cd2t“地”充電和放電的時間分別為 tp10.7c, tp20.7c占空比為 3）電路元件的選擇及參數(shù)設計,且10hzf10khz由此得出c=0.01uf10uf；=15k。為了使占空比有放大調節(jié)范圍取rp=12k，r1=r2=1.5k。占空比調節(jié)范圍 取ne555定時器，電源電壓2-18v。輸出電平低于電源電壓1-3v，取2v，ucc=+15v即輸出高電平電壓二極

13、管d1最大電流二極管d2最大電流取兩個2ap3型二極管，最大整流電流為25ma，反向工作峰值電壓為30v3.鋸齒波產生電路如果在三角波產生電路中，使積分電容充電和放電時間常數(shù)不同，而且相差懸殊，則在積分電路的輸出端即可得到鋸齒波信號1) 三角波發(fā)生器的原理所謂三角波是指波形呈三角形、且在一周期內上升沿與下降沿所對應的時間間隔相等的波。自激產生三角波的電路稱為三角波發(fā)生電路。其中集成運放a1組成的遲滯比較器，其反相接地；a2組成的反相積分電路，積分器的作用是將遲滯比較器輸出的矩形波轉換為三角波，同時反饋給比較器的同相輸入端，是比較器產生隨三角波變化而翻轉的矩形波。工作原理：圖中，集成運放a1同相

14、輸入端的電壓由uo和u01共同決定，根據(jù)疊加原理 u+=u01+u0當uo0時，u01=+uz；當u+0時，u01= -uz；即遲滯比較器的翻轉發(fā)生在u+=0的時刻，此時比較器的輸入電壓，即積分器的輸出電壓u0應是u0=+uz，也就是比較器的上下門限電壓。經計算，t=。2）鋸齒波發(fā)生電路設計圖中，利用了二極管的單向導電性。通過a1輸出電壓u01= uz 去自動控制二極管vd1和vd2交替的導通、截止、改變rw的中間活動頭位置，就改變了rw1和下半部rw2的阻值，也就改變了積分電路中對電容c的充放回路的時間常數(shù)，從而改變u01占空比和改變鋸齒波u0上升沿和下降沿的時間。.工作原理分析圖中，當u0

15、1=+uz時，vd1導通、vd2截止，u01通過rp、vd1、rw1對電容c正向充電，當忽略二極管導通電阻時，則電容c正向充電時間常數(shù)為 1=（rw1+rp）c當u01=uz時，vd2導通，vd1截止，u01通過rp、vd2、rw2對電容c反向充電，當忽略二極管導通電阻時，則反向充電時間常數(shù)為 2（rw2+rp）c改變rw的中間活動頭位置，使rw1rw2,則12，則u01、u0分別為矩形波和鋸齒波。 圖中積分電路輸出三角形電壓u0的幅值為 uom=ut=（r1/r2）uz.震蕩周期計算 設t=0的初始時刻，u01(0)=+uz,u0(0)=+r1uz/r2，uc(0)=+r1uz/r2,經過t

16、1=t1的時間間隔，即t1時刻，輸出電壓為 u0=-=-+=- 所以 t1=2（rp+rw1）c 同理分析可得 t2=2（rp+rw2）c 所以震蕩周期為 t=t1+t2=2（2rp+rw2）c 震蕩頻率為 綜上所述可知：穩(wěn)壓管選定后，調整rp阻值，可改變電路的震蕩周期和頻率；調整滑動端的位置，可改變u01的占空比及鋸齒波形狀（鋸齒波上升和下降的斜率）。3）元件的選擇與參數(shù)計算兩個運算放大器選擇cf725最大電源電壓v，共模抑制比120db，最大輸入電壓v。穩(wěn)壓管d1，d2選擇2cw76，穩(wěn)定電壓為12v，穩(wěn)定電流20mauz=發(fā)生電路輸出電壓幅值uom=uz，取r1=r2=6k，則uom=1

17、2v運放輸出電壓最高13.5v對運放a1，i+=i-=0流過r1.r2電流,流過限流電阻r3最大電流,則，取r3=1k，取c=0.1uf，10hzf10khz，將r1，r2，c代入上式得5002rp+rw500k，取rw=150，rp175，為保證f=10khz，且rw=0時，二極管安全，取rpmin=200即rp=200-250k，r4=r1r2=3k,r5=120k取2cz55b型二極管，最大整流電流為1a，反向工作峰值電壓50v4.控制電路用一個單刀三擲開關s即可5幅值控制電路當滑動變阻器滑動頭在最下面點時，輸出uo=0；當滑動變阻器滑動頭在中間時 ，輸出 uo=(1+r1/r2)*ui

18、改變滑動頭的位置,即改變輸出波形的幅值6. 收獲與體會及存在的問題通過這段時間不懈的努力與切實追求，我們小組終于完成了課程設計，通過這次課程設計，使我收獲頗多，令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。光有理論上的知識而不去實踐是不夠的。首先，這次課程設計鍛煉了我的團隊合作能力，從最初小組討論方案選取，到分工合作，到單元電路設計、電路參數(shù)計算、主要元器件的選取，到設計完成都離不開我們小組的每一個人。其次，這次課程設計鍛煉了我查閱資料自我學習的能力，通過在圖書館借閱有關課程設計的書籍，學習其中的理論知識，確立自己的方案，查閱大量資料和老師辛苦答疑工作，掌握了元件選取與識別，掌握了參數(shù)計算的方法。在設計過程中鞏固

19、了所學的電工知識，同時擴大了自己的知識面。最后，這次課程設計也提高了我的編輯和畫圖能力，很多繁瑣公式輸入到文檔中看著簡單其實并不容易，通過自己網上查閱相關資料學習，掌握了word編輯排版，插入公式的功能，同時采用輔助制圖軟件cad對電路圖進行設計和修改，提高了自身操作軟件的能力。此次課程設計雖然完成，但其中還有不足之處，望老師不吝賜教。最后由衷的感謝小組同學的合作和老師的極大幫助，尤其是李老師平時講課中突出的課程設計注意事項和最后的辛苦答疑工作，謝謝！7. 參考文獻1.電工學（第六版） 高等教育出版社 秦曾煌主編2.電子技術實驗與課程設計 清華大學出版社 趙淑范、王憲偉編著3.電工、電子技術實

20、習與課程設計 中國電力出版社 楊錚主編4.電子電路設計與實踐 山東科學技術出版社 姚福安編著5.常用電工電子器件基本知識 中國電力出版社 李祥新、安學立、宋宇主編6.常用電子元器件識別/檢測/選用一讀通（第2版）電子工業(yè)出版社 趙廣林編著7.word2003（中文版）實用教程 上?？茖W普及出版社 方晨編著8.autocad 2004中文版實用教程 清華大學出版社 蔡希林編著8. 元件清單元件清單圖序號位號規(guī)格型號數(shù)量備注1c10.1uf12c210uf1可變電容，0.01uf-10uf3c30.2uf14rp179.6 k1電位器5rp22 50k1電位器6rp312 k1電位器7r120 k

21、18r2、r31.5 k29r21、15 k110r2228 k111r31k212rw150113d1 d22cz52b214d3 d42ap3215d5 d62cz55b216d7 d82cw762穩(wěn)壓二極管19u1 u2 u3 u4cf725420u5 ne555121sdipsw31單刀三擲開關評 語 評審人：附錄：外文翻譯in wang zuoliangs translation practices, he translated many poems, especially the poems written by robert burns. his translation of b

22、urns “a red, red rose” brought him fame as a verse translator. at the same time, he published about ten papers on the translation of poems. some argue that poems cannot be translated. frost stresses that poetry might get lost in translation. according to wang, verse translation is possible and neces

23、sary, for “the poet-translator brings over some exciting work from another culture and in doing so is also writing his own best work, thereby adding something to his culture. in this transmission and exchange, a richer, more colorful world emerges. ”(wang, 1991:112). then how can we translate poems?

24、 according to wangs understanding, the translation of poems is related to three aspects: a poems meaning, poetic art and language. （1）a poems meaning “socio-cultural differences are formidable enough, but the matter is made much more complex when one realizes that meaning does not consist in the mea

25、ning of words only, but also in syntactical structures, speech rhythms, levels of style.” (wang, 1991:93).（2）poetic art according to wang, “blys point about the marvelous translation being made possible in the united states only after whitman, pound and williams carlos williams composed poetry in sp

26、eech rhythms shows what may be gained when there is a genuine revolution in poetic art.” (wang, 1991:93).（3）language “sometimes language stays static and sometimes language stays active. when language is active, it is beneficial to translation” “this would require this kind of intimate understanding, on the part of the translator, of its genius, its idiosyncrasies, its past and present, what it can do and what it choose not to do.” (wang, 1991:94). wang expresses the difficulties