低頻電子線路課程設(shè)計多功能函數(shù)發(fā)生器

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計課程名稱 低頻電子線路 課題名稱 多功能函數(shù)發(fā)生器 專 業(yè) 電子信息 班 級 0502 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2007年 01月 7 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程名稱 低頻電子線路 題 目 多功能函數(shù)發(fā)生器 專業(yè)班級 電子信息0502 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 審 批 任務(wù)書下達日期 2006 年12 月25日設(shè) 計 完成日期 2007 年01 月 7 日 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求一設(shè)計內(nèi)容設(shè)計并制作一個多功能函數(shù)發(fā)生器，要求：1. 輸出波形：正弦波、方波、三角波；2頻率范圍：10100hz連續(xù)可調(diào)；3正弦波幅度1v，失真度小于1.5%；4方波幅值24

2、v；5三角波峰-峰值8v；各種輸出波形幅值連續(xù)可調(diào)。二設(shè)計要求1. 設(shè)計思路清晰，給出整體設(shè)計框圖，畫出整機原理圖；2. 給出具體設(shè)計思路，畫出單元電路；3. 用軟件仿真，給出仿真結(jié)果和仿真波形，繪制pcb板圖，打印出原理圖和pcb圖及波形；4. 進行實驗調(diào)試，驗證設(shè)計結(jié)果；5. 編寫設(shè)計說明書。主要設(shè)計條件1. 提供實驗箱或面包板；2. 提供直流電源一臺；3. 必要的元器件和導(dǎo)線等；說明書格式1. 課程設(shè)計封面；2. 任務(wù)書；3. 說明書目錄；4. 設(shè)計總體思路，基本原理和框圖；5. 單元電路設(shè)計；6. 仿真結(jié)果；7. 實驗調(diào)試；8. 總結(jié)與體會；9. 附錄；10. 參考文獻；11. 整機原

3、理圖；12. pcb板圖。進度安排星期一：下達設(shè)計任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求；查找資料，確定總體設(shè)計方案；單元電路設(shè)計，畫出整機原理圖草圖。星期二：在計算機上仿真，打印圖紙。星期三：實驗調(diào)試；星期四：實驗調(diào)試；星期五：書寫設(shè)計報告，畫整機原理圖；答辯。參考文獻1. 傳豐林主編. 低頻電子線路，高等教育出版社。2. 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社。3. 閻 石主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社。4. 陳大欽主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗，高等教育出版社。5. 彭介華主編. 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社。6. 李萬臣主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計，哈爾濱工程大學(xué)出版社7路

4、勇主編。電子電路實驗及仿真，清華大學(xué)出版社，北方交通大學(xué)出版社。 目錄一、設(shè)計目的（1）二、單元電路設(shè)計 （1）三、設(shè)計原理圖 （7）四、仿真結(jié)果 （8）五、電路調(diào)試（9）六、總結(jié)（11）七、附錄（12） 1、pcb板（12） 2、元件清單（13） 3、整機原理圖（14） 設(shè)計內(nèi)容一）、設(shè)計目的 1，掌握函數(shù)發(fā)生器的主要性能。 2，掌握函數(shù)發(fā)生器的基本測試方法。 3，學(xué)會函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計。 4，學(xué)會函數(shù)發(fā)生其的調(diào)試方法 二）、單元電路設(shè)計1）、方波 三角波產(chǎn)生電路圖所示的電路能自動產(chǎn)生方波 三角波 ，電路工作原理如下若開關(guān)斷開，則整個電路呈開環(huán)狀態(tài)。運放a1與r1 r2及 r3 rp1 組成電

5、壓比較器，運放的反向端接基準(zhǔn)電壓，即u-=0，同向端接輸入電壓uia，r1為平衡電阻，比較器的輸出uo1的高電平近似等于正電源電壓+ucc，低電平近似等于負(fù)電源電壓-uee，當(dāng)比較器的u+=u-=0時比較器翻轉(zhuǎn)，輸出uol從高電平+ucc跳到低電平-uee，或從底電平-uee跳到高電平+ucc。設(shè)uo1=+ucc,則： （1） 將(1)整理,得到比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電壓uia為： （2）若uo1=-uee，則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位uia+ 為： （3）比較器的門限寬度uh為 （4）由式(1)到(4)，可得到比較器的電壓傳輸特圖1：運放a2與r4 rp2 c2 及r5組成反相積分器，其輸入信號為方

6、波uo1則積分器的輸出uo2為 (5)uo1 = +ucc時 (6)uo1 = -uee 時 (7)可見積分器輸入為方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波， 其波形如圖2： a點閉合時 即比較器和積分器形成閉合電路 則自動產(chǎn)生 方波-三角波。三角波的幅度uo2m為 (8)方波-三角波的頻率為 (9)由式(8)及式 (9)可以得出以下結(jié)論：1，電位器rp2，在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響到輸出波形的幅度。若要求輸出的頻率范圍較寬，可以采用c2改變頻率的范圍，rp2實現(xiàn)頻率微調(diào)。2，方波的輸出幅值應(yīng)近似等于電源電壓+ucc，三角波的輸出副值應(yīng)該不超過電源電壓+ucc。電位器rp

7、1可以實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。 2)、三角波正弦波變換電路根據(jù)圖的組成框圖，三角波正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器的設(shè)計表明，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。分析表明，傳輸特性曲線的表達式為：, （10）. （11）式中，a=ic/ie1;i0為差分放大器的恒流源電流；ut為溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25時，ut26mv。 如果uid為三角波，設(shè)不表達式為 (12)式中，um為三角波的幅度，t為三

8、角波的周期。將式（12）代入10）或（11），則 (13)利用計算機對式（13）進行計算，打印輸出的ic1(t)或ic2(t)曲線近似于正弦波，則差分放大器的單端輸出電壓uc1(t) 、 uc2(t)亦近似于正弦波，從而，實現(xiàn)了三角波正弦波的變換。下圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，rp2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻re2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容c1、c2、c3 為隔直電容，c4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。3）、函數(shù)發(fā)生器的性能指標(biāo) （1）輸出波形。正弦波、方波、三角波等。（2）頻率范圍。函數(shù)發(fā)生器的輸出頻率范圍10hz100hz波段。（3）輸出

9、電壓。輸出電壓一般指輸出波形的峰-峰值，即。（4）波形特性。表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真系數(shù),一般要求3%。表征三角形特性的參數(shù)也是非線性失真系數(shù)，一般要求2%。表征方波特性的參數(shù)是上升時間，一般要求100ns（1khz,最大輸出時）。三），實驗設(shè)計將兩個單元合并即得到設(shè)計原理圖：再按照單元調(diào)試即可。四）、仿真結(jié)果 channela(v/div):2volts , channelb(v/div):1voltschannela(v/div):1volts , channelb(v/div):1volts五）、電路安裝與調(diào)試技術(shù)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，在安裝調(diào)試

10、多級電路時，通常按照單元電路的先后順序進行分級裝調(diào)與級聯(lián)。1)、方波-三角波發(fā)生器的安裝調(diào)試1、比較器與積分器組成正反饋閉環(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。要主意的是，安裝電位器rp1與rp2之前，要將其調(diào)到設(shè)計值 例如舉例題中，應(yīng)先使rp1=10k ,rp2取2.57.5之間的任意阻值，否則電路可能不會起振。只要電路接線正確，上電后，uo1輸出為方波，uo2的輸出為三角波，微調(diào)rp1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計要求，調(diào)節(jié)rp2，則輸出頻率在對應(yīng)的波段內(nèi)連續(xù)可變。2）、三角波正弦波變換電路的安裝調(diào)試1、將c4與rp3連線斷開，經(jīng)電容c4輸入差模信號電壓uid=50m v

11、,f i=100hz的正弦波。調(diào)節(jié)rp4及電阻r*，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特性曲線形狀如圖5-12所示，記下此時對應(yīng)的uid，即uidm值。移去信號源，再將c4左端接地，測量分放大器的靜態(tài)工作點i0、uc1q、uc2q、uc3q、uc4q。2、將rp3與c4連接，調(diào)節(jié)rp3 使三角波的輸出幅度經(jīng)rp3后輸出等于uidm值，這時u03的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)整c6大小可改善輸出波形。如果u03的波形出現(xiàn)如圖5-15所示的幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有：1、失真：如圖a示，傳輸特性的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小re2。2、圓頂或平頂失真：如

12、圖b示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)電阻r*。3、線性失真：如圖c示，三角波的線性度較差引起的非線性失真，主要受運放性能的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)(如c6=0.1uf) 改善輸出波形。3）、性能指標(biāo)測量與誤差分析1,方波的輸出電壓upp<=2ucc是因為運放輸出級由npn型與pnp型兩種晶體管組成復(fù)合互補對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時輸出電阻的影響，使方波輸出幅度小于電源電壓值。六 ） 總結(jié)通過這次設(shè)計,我初步掌握了該如何設(shè)計函數(shù)發(fā)生器,根據(jù)這次設(shè)計,掌握了如何進行基本的信號變換，及實驗調(diào)試技術(shù). 本次實驗先產(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。 在電子繪圖中,初步學(xué)會了如何用protel 99和ewb,能夠用protel 99畫原理圖,對元件封裝后,生成原理圖網(wǎng)絡(luò)表, ,在pcb板上載入網(wǎng)絡(luò)表即完成pcb板上元件的載入，設(shè)定好規(guī)則后，加上自動布線和手動布線,就生成所需的完整的pcb板圖.也能夠用ewb對電路進行畫圖和仿真，生成報表等等，用來分析電路。設(shè)計過程中,我掌握了protel 99和 ewb,加深了對該類課程的理解，能夠根據(jù)這些知識來進行其他的電子計設(shè)。七 附錄1）、pcb板2）、元件清單3）、整機原理圖電氣與信息工程系課程設(shè)計評分表項