《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書函數(shù)發(fā)生器的設計

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級：電子科學與技術(shù)0803班指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 函數(shù)發(fā)生器的設計 初始條件： 可選元件：雙運放a741兩只，雙三極管3dg130兩對，電阻、電位器、電容若干，直流電源vcc= +12v，vee= -12v，或自備元器件。可用儀器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，毫伏表要求完成的主要任務: （1）設計任務根據(jù)已知條件，完成對方波三角波正弦波發(fā)生器的設計、裝配與調(diào)試。（2）設計要求 頻率范圍10100hz，100 hz1khz，1 khz10 khz；正弦波upp3v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。三角波upp5v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。方波

2、upp14v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用pspice或ewb軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。時間安排：1、 2010 年1月18日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。2、 2010年1月18日 至2010年1月21日完成資料查閱、設計、制作與調(diào)試；完成課程設計報告撰寫。3、 2010 年1月22日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月

3、日i武漢理工大學模擬電子技術(shù)基礎課程設計說明書目錄摘 要i1 緒 論.12 設計任務及要求22.1設計任務.22.2設計要求.23 函數(shù)信號發(fā)生器設計方案論證.33.1函數(shù)發(fā)生器的應用意義.33.2函數(shù)信號發(fā)生器的要求及技術(shù)指標.33.3設計方案論證.33.4總體設計方案框圖及分析.44 函數(shù)信號發(fā)生器各單元電路設計.54.1方波產(chǎn)生的電路圖及元件參數(shù)的確定.54.2方波和三角波轉(zhuǎn)換的電路圖及元件參數(shù)的確定.54.3正弦波產(chǎn)生電路及元件參數(shù)的確定.74.4系統(tǒng)電路的集成.85 電路模擬及結(jié)果分析.95.1用multisim模擬電路.95.2結(jié)果分析106 電路的安裝與調(diào)試.116.1方波三角波

4、電路的安裝與調(diào)試.116.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試116.3總電路的安裝與調(diào)試116.4調(diào)試中遇到問題及解決的方法127 課程設計心得體會.13參考文獻.14附錄i 元件清單.15附錄ii 整體電路圖.16摘要 信號發(fā)生器廣泛應用于電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領域。采用集成運放和分立元件相結(jié)合的方式，利用遲滯比較器電路產(chǎn)生方波信號，以及充分利用差分電路進行電路轉(zhuǎn)換，從而設計出一個能變換出三角波、正弦波、方波的簡易信號發(fā)生器。通過對電路分析，確定了元器件的參數(shù)，并利用multisim軟件仿真電路的理想輸出結(jié)果，克服了設計低頻信號發(fā)生器電路方面存在

5、的技術(shù)難題，使得設計的低頻信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便。該設計可產(chǎn)生頻率段分別在10100hz、1001khz、1k10khz的各波形輸出，并已應用于實驗操作。 關(guān)鍵詞：函數(shù)信號發(fā)生器，方波信號，電路仿真，遲滯比較器abtractsignal generator is widely applied in electronic engineering, communication, remote control, automatic control, measuring instruments, meters and computer technology. using op-amp integ

6、rated with division element, using a combination of hysteresit comparator circuit, and fully utilize torque-current signal circuit differential circuit design a conversion, thus can transform a triangular, square, the simple sinusoidal signal generator. through the analysis of the components, and de

7、termine the circuit parameters, and use the software simulation circuit multisim output, overcome the ideal frequency signal generator circuit design aspects of technical problems, the design of simple structure, low frequency signal generator. this design can produce pinlvduan respectively in 10 10

8、0hz, 100 10khz 1khz 1k, the output waveform and the experimental operation has been applied.keywords: function signal generator, pulse signal, circuit simulation, hysteresit comparator1緒 論 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也可以是集成電路。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本

9、課題采用有集成運算放大器與晶體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。具體方法是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穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，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。 現(xiàn)代社會的電子科技技術(shù)日新月異，這就要求我們有獨立思考、理論聯(lián)系實際、勇于創(chuàng)新的能力。此次模電課程設計為我們提供了良好的實踐平臺，也為我們走向社會奠定了良好的基礎。通過此次設計，

10、我們能將理論知識很好的應用于實踐，不僅鞏固了書本上的理論知識，而且鍛煉了我們獨立查閱資料、設計電路、焊接電路板、獨立思考的能力。希望自己能夠充分利用此次機會，更加深刻的了解課本上的知識以及培養(yǎng)自己的動手能力。 2設計任務及要求.2.1設計任務 （1）設計并制作能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器；（2）設計、組裝并調(diào)試電路。.2.2設計要求（1）輸出的各種波形工作頻率范圍 10100hz，1001khz，1khz10khz ;正弦波upp3v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小;三角波upp5v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小;方波upp14v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小;（2）選擇電路方案

11、，完成對確定方案電路的設計;計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理;（3）安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。3 低頻信號發(fā)生器設計方案論證.3.1函數(shù)發(fā)生器的應用意義 函數(shù)發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領域內(nèi)應用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時，都學要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用于

12、通信、雷達、導航、宇航等領域。.3.2函數(shù)信號發(fā)生器的要求及技術(shù)指標.3.2.1 要求 現(xiàn)設計并制作能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形輸出的信號發(fā)生器。.3.2.2 技術(shù)指標(1)輸出的各種波形工作頻率范圍為10100hz，1001khz， 1khz10khz 。(2)正弦波峰峰值3v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。(3)三角波峰峰值5v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。(4)方波峰峰值14v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。 .3.3 設計方案論證(1)積分器可以將方波轉(zhuǎn)換成三角波; 比較器可以將三角波轉(zhuǎn)換成方波，因此將兩者串聯(lián)起來后，構(gòu)成閉合回路，就可以產(chǎn)生三角波和方波。(2)三角波經(jīng)低通濾波器濾波后就

13、可得到正弦信號，改變積分器的時間常數(shù)就可以得到正弦波。.3.4 總體設計方案框圖及分析 (1)方波和三角波的產(chǎn)生 方波三角波正弦波信號發(fā)生器電路有運算放大器及分立元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。他利用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波通過積分產(chǎn)生三角波輸出， 三角波通過差分放大電路產(chǎn)生正弦波輸出。 (2)利用差分放大電路實現(xiàn)三角波正弦波的變換波形變換原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示。由圖2可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度uim應正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。 4函數(shù)信號發(fā)生器各單元電路設計.4.1 方波產(chǎn)生的電路圖及元件參數(shù)的確定.4.1.2

14、 方波產(chǎn)生的電路 圖3 方波產(chǎn)生電路圖.4.1.2 元件參數(shù)的確定 圖3中u1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。負反饋rp5具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。為了拓寬輸出方波的頻率范圍故rp5=50k，c1、c5為濾波電容，可選為0.1uf，其他電阻的阻值應根據(jù)方波三角波轉(zhuǎn)化來確定.4.2 方波和三角波轉(zhuǎn)換的電路圖及元件參數(shù)的確定.4.2.1 方波和三角波轉(zhuǎn)換的電路圖 圖4 方波三角波轉(zhuǎn)換的電路圖.4.2.2元件參數(shù)的確定(1) 圖4中u1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。負反饋rp5具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。運算放大器u2與電阻rp2及電容構(gòu)成積分電路，用

15、于將u1電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。(2) 圖中r6在調(diào)整方波三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求頻率較寬，可以調(diào)節(jié)rp5 (負反饋中的rp5就有調(diào)頻作用)，也可以靠 更換c2、c3、c4來改變頻率。(3)方波部分與三角波部分的參數(shù)確定如下：根據(jù)性能指標可知，由可見，f與c成反比，若要得到10100 hz輸出，c=1f若要得到1001khz輸出，c3=0.1uf；若要得到1k10khz輸出，c4=0.01uf。此時，r4+rp2=7575，若取r4=51，則rp2=2.4 或者rp2=699 ，因為rp2=100時，根據(jù)輸出的三角形幅值5 v和輸出的方波幅值14 v，

16、若有：r2(r3+rp1)14=5r2(r3+rp1)=514時，r2=10 ，則有 rp1=50，r3=20。根據(jù)方波的上升時間為2 ms，可以選擇74141型號的運放。由此可得調(diào)整電阻為：.4.3正弦波產(chǎn)生電路及元件參數(shù)的確定.4.3.1正弦波產(chǎn)生的電路圖圖5 正弦波產(chǎn)生電路圖.4.3.2元件參數(shù)的確定(1).圖5中r9調(diào)節(jié)三角波的幅度，rp4調(diào)節(jié)電路的對稱性，其并聯(lián)電阻re2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容c6、c7、c8為隔直電容，c9為濾波電容，一濾除諧波分量，改善輸出波形。(2)由于選取差分放大電路對三角波一正弦波進行變換根據(jù)晶體管的靜態(tài)特性曲線，選取靜態(tài)工作區(qū)的中心靜態(tài)電流和電壓

17、分別為：根據(jù)直流通路有： (3)因為靜態(tài)工作點已經(jīng)確定，所以靜態(tài)電流變成已知。根據(jù)kvl方程可計算出鏡像電流源中各個電阻值的大?。簣D中r9調(diào)節(jié)三角波的幅度，rp4調(diào)節(jié)電路的對稱性，其并聯(lián)電阻re2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容c6、c7、c8為隔直電容，c9為濾波電容，一濾除諧波分量，改善輸出波形。.4.4系統(tǒng)電路的集成把各分電路集中在一塊電路板上，共用電源和接地端后，整個信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)變得緊湊美觀，集成電路圖如圖6所示。圖6 函數(shù)信號發(fā)生器整體電路圖5.電路模擬及結(jié)果分析.5.1用multisim模擬電路利用multisim軟件畫出電路圖，在相應點接上示波器，模擬電路結(jié)果，觀察各波形的輸

18、出。.5.1.1方波三角波發(fā)生電路的仿真 圖7 方波三角波仿真波形.5.1.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真 圖8 三角波正弦波仿真波形.5.2結(jié)果分析.5.2.1頻率范圍 為了便于測量，將電路圖上的方波信號接入示波器，并調(diào)節(jié)rp5改變方波頻率，并測出方波的頻率變化范圍。再依次閉合開關(guān)j1、j2、j3來改變輸出三角波的頻率范圍。使波形的輸出頻率達到預期的效果.5.2.2輸出電壓 方波信號接入示波器，調(diào)節(jié)rpl，得方波峰峰vpp=14 v；撤除方波信號并接入三角波信號，調(diào)節(jié)rp1，測得三角波峰峰值upp=5 v；將正弦波信號接入示波器，調(diào)節(jié)rp3， rp4和rp5，測得正弦波峰峰值upp=28 v。

19、6電路的安裝與調(diào)試 .6.1方波三角波電路的安裝與調(diào)試 .6.1.1方波三角波電路的安裝 (1) 把兩塊741集成塊插入電路板，注意布局； (2)分別把各電阻放入適當位置，尤其注意電位器的接法； (3).按圖連線，注意直流源的正負及接地端。 .6.1.2方波三角波電路的調(diào)試 (1)接入電源后，用示波器進行雙蹤觀察； (2).調(diào)節(jié)rp1，使三角波的幅值滿足指標要求； (3).調(diào)節(jié)rp2，微調(diào)波形的頻率； (5)觀察示波器，各指標達到要求后進行下一步安裝。 .6.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試 .6.2.1三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝 (1).在電路板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線

20、； (2)搭接直流源電路，注意各電阻阻值的選取； (3)接入各電容及電位器； (4)按圖接線，注意直流源的正負及接地端。 .6.2.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試 (1).接入直流源后，c7接地，利用萬用表測試差分放大電路的靜態(tài)工作點； (2)測試vt1、vt2的電壓值，當不相等時調(diào)節(jié)rp4使其相等，使電路結(jié)構(gòu)對稱； (3)測試vt3、vt4的電壓值使其滿足實驗要求； (4).在c7端接入信號源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當輸出波形剛好不失真時記錄其最大不失真電壓。 .6.3總電路的安裝與調(diào)試(1).把兩部分的電路接好，進行整體測試、觀察；(2).針對各階段出現(xiàn)的問題，逐個排查校驗，使其

21、滿足實驗要求，即使正弦波的峰峰值約為3v .6.4調(diào)試中遇到的問題及解決的方法 方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級單元電路組成的，在裝調(diào)多級電路時通常按照單元電路的先后順序分級裝調(diào)與級聯(lián)。.6.4.1方波三角波發(fā)生器的裝調(diào) 由于比較器u1與積分器u2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時安裝，需要注意的是，安裝電位器rp1和rp2之前，要先將其調(diào)整到設計值，否則電路可能會不起振。這要電路接線正確，上電后，uo1的輸出為方波，uo2的輸出為三角波，微調(diào)rp1，是三角波的輸出幅度滿足設計指標要求，調(diào)節(jié)rp5，則輸出頻率在對應波段連續(xù)可調(diào)。.6.4.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電

22、路的裝調(diào) (1).經(jīng)電容c7輸入差模信號電壓uid=50v，fi=100hz 正弦波。調(diào)節(jié)rp4及電阻，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大uid。移去信號源，再將c7左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點。rp3與c4連接，調(diào)節(jié)rp3使三角波輸出幅度等于uid值，這時uo3輸出的波形接近正弦波。7課程設計心得體會為期一周的課程設計已經(jīng)結(jié)束，在這一星期的學習、設計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。 在實驗過程中，我遇到了不少問題。比如：波形失真，甚至測不出波形的問題。在自己不懈的努力和同學們熱情而又耐心的幫助下，終于把這些問題一一解決了。歷經(jīng)諸多困難最后成功的喜悅是真正嘗試過的人才能體會到的。同時經(jīng)過這次課程設計，我對電路故障的排查能力有了很大的提高。再次，在這次課程設計中也應用到了multisim軟件，讓我對這個軟件有了更加深刻的了解，這對我們以后的工作和學習都有很大的幫助。 同時，通過課程設計也暴漏出了很多問題，最大的問題就是我們在進行理論學習的過程中，有些問題并沒有真正的搞懂，對它們的掌握還只是處于懵懂的狀態(tài)，這就要求我們要虛心求學。這