模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課設(shè)(正弦波放大器)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.11. 課程設(shè)計(jì)的目的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)理論課程之后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過(guò)解決比較簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和加深在電子技術(shù)基礎(chǔ)2-1（模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)）課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，在教師指導(dǎo)下完成查找資料，選擇、論證方案，設(shè)計(jì)電路并仿真，分析結(jié)果，撰寫(xiě)報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。2. 設(shè)計(jì)方案論證2 . 1 概述(1)正弦波發(fā)生電路常作為信號(hào)源被廣泛應(yīng)用于無(wú)線電通信以及自

2、動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制等系統(tǒng)中。低頻信號(hào)發(fā)生器是一種常見(jiàn)的正弦波正弦振蕩電路。大功率正弦波振蕩電路還可以直接為工業(yè)生產(chǎn)提供能源，如高頻加熱爐的高頻電源，超聲波探傷，無(wú)線電和廣播電視信號(hào)的發(fā)送和接收等。(2)利用自激振蕩現(xiàn)象，產(chǎn)生高頻和低頻的正弦波信號(hào)。正弦波振蕩電路具有以下四個(gè)組成部分：放大電路（放大自激信號(hào)）。反饋網(wǎng)絡(luò)（引起正反饋，滿(mǎn)足相位條件）。選頻網(wǎng)絡(luò)（確定，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩）。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（使電路從起振過(guò)度到穩(wěn)定振蕩）。(3)實(shí)現(xiàn)電路產(chǎn)生正弦波振蕩時(shí)，可首先利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿(mǎn)足相位平衡條件。如果在滿(mǎn)足相位平衡條件的某一特定頻率下，能同時(shí)滿(mǎn)足幅度平衡條件，則電路能夠產(chǎn)生正弦波振蕩。

3、而且，該特定頻率即是串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路的振蕩頻率，并由幅度平衡條件可以得到起振條件為。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.2當(dāng)電路接成正反饋時(shí)，產(chǎn)生正弦波振蕩的條件為：；當(dāng)電路接成負(fù)反饋時(shí)，產(chǎn)生自激振蕩的條件為：。2 . 1 . 1 設(shè)計(jì)方案選擇由于正反饋和負(fù)反饋產(chǎn)生自激振蕩的差別的根本原因在于兩種情況下反饋的極性不同。在放大電路中，為了改善性能，引入的是負(fù)反饋，而在振蕩電路中的目的是要產(chǎn)生正弦波振蕩，因此將RC選頻網(wǎng)絡(luò)反饋接成正反饋。而在電路中又由、及引入了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，其作用是可以提高電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且進(jìn)一步提高提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻，

4、從而減小了放大電路對(duì)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響，提高了振蕩電路的帶負(fù)載能力。同時(shí)，改變電阻或阻值大小可以調(diào)節(jié)深度負(fù)反饋的深度。因此可利用瞬時(shí)極性法判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩。并將反饋接成正反饋，此時(shí)，產(chǎn)生振蕩的條件是，即。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路圖如圖1所示。圖1 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路圖RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路元件列表如表1所示。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.3名稱(chēng)標(biāo)號(hào)數(shù)量（個(gè)）電阻R11R21R31RF1Rw1電容C1、C22集成運(yùn)放A1穩(wěn)壓管D11D2表1 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路元件列表2 . 1 . 2 設(shè)計(jì)方案論證圖1中的電路中由、及引入了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，不僅可以提高電壓放

5、大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且進(jìn)一步提高提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻，從而減小了放大電路對(duì)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響，提高了振蕩電路的帶負(fù)載能力。同時(shí)，改變電阻或阻值大小可以調(diào)節(jié)深度負(fù)反饋的深度。其中集成運(yùn)放A作為放大電路，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是選頻網(wǎng)絡(luò)，而且，當(dāng)時(shí)，它是一個(gè)接成正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)。另外，、及支路引入一個(gè)負(fù)反饋。RC橋式振蕩電路由RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相放大電路組成，如圖1原理圖所示。圖中RC選頻網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，并由它決定振蕩頻率，,和及形成負(fù)反饋回路，由他們決定起振的幅值條件和調(diào)節(jié)波形的失真程度與穩(wěn)幅控制。2 . 2 單元電路設(shè)計(jì)2. 2. 1 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

6、電路 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.4RC橋式振蕩電路所產(chǎn)生的振蕩頻率F0可由電阻R和電容C確定，即，為了使選頻網(wǎng)路的選頻特性盡量不受集成運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri和輸出電阻R0的影響，電阻R滿(mǎn)足關(guān)系式：。一般集成運(yùn)算放大器的輸入電阻 約為幾百千歐以上，而輸出電阻僅為幾百歐以下。根據(jù)RC橋式振蕩電路的起振的振幅條件，電阻， 和應(yīng)由式確定，因此得，通常取，這樣既能保證起振也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的波形失真。此外，為了減小輸入失調(diào)電流和漂移的影響，電路還應(yīng)該滿(mǎn)足直流平衡條件，即：。電路中穩(wěn)幅環(huán)節(jié)由兩只正反向并聯(lián)的二極管，和電阻并聯(lián)組成，利用二級(jí)管正向動(dòng)態(tài)電阻的非線性以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，為了減小因二極管特性的非線

7、性而引起的波形失真，在二極管兩端并聯(lián)小電阻，這是一種最簡(jiǎn)單易行的穩(wěn)幅電路。在選取穩(wěn)幅元件時(shí)，穩(wěn)幅二極管，應(yīng)選用特性一致的硅管。的取值不能過(guò)大（過(guò)大對(duì)削弱波形失真不利），也不能過(guò)?。ㄟ^(guò)小穩(wěn)幅效果差），通常取即可。2. 2. 2 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路結(jié)構(gòu)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。圖2 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路結(jié)構(gòu)圖 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.52 . 2 . 3 元件選擇計(jì)算過(guò)程由已知可得的乘積。即可估算和的大約取值，同時(shí)由模擬電路中所示的參數(shù)數(shù)據(jù)可求得實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算結(jié)果。設(shè)，電路的振蕩頻率得。振蕩的幅度平衡條件為，已知當(dāng)時(shí)，由此求得振蕩電路的起振條件為，已知同比例運(yùn)算電路

8、輸出電壓與輸入電壓之間的比例系數(shù)為：,為了達(dá)到，負(fù)反饋支路的參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系即：，負(fù)反饋系數(shù)。3. 原理圖3 .1 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路仿真原理圖RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路如圖 3所示。圖3 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路仿真原理圖 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.63 .2 選定元件列表設(shè)計(jì)選定元件及型號(hào)如表2所示。表2 元件列表元 件 名 稱(chēng)標(biāo)號(hào)參數(shù)型號(hào)數(shù) 量說(shuō)明集成運(yùn)算放大器UALM324N1個(gè)放大信號(hào)電 阻、3.5K1個(gè)、及構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋5K1個(gè)10K1個(gè)3K1個(gè)調(diào)節(jié)阻值通過(guò)示波器來(lái)觀察波形變化穩(wěn) 壓 管D1、D21N5233B2個(gè)限制輸出電壓電 容C10.04uf1個(gè)與、構(gòu)成反饋回路并通

9、過(guò)改變?nèi)葜嫡{(diào)節(jié)振蕩頻率C20.04uf1個(gè)4仿真分析方案41 仿真分析原理圖仿真分析原理圖如圖4所示。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.7圖4 仿真分析原理圖4 . 2 仿真分析方案采用Multisim 7對(duì)正弦波發(fā)生器的輸出正弦波進(jìn)行仿真。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值輸入為時(shí)，已知當(dāng)已知當(dāng)時(shí)，由此求得振蕩電路的起振條件為，已知同比例運(yùn)算電路輸出電壓與輸入電壓之間的比例系數(shù)為：,為了達(dá)到，負(fù)反饋支路的參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系，即：，負(fù)反饋系數(shù)，根據(jù)RC振蕩電路的起振條件，電阻 和應(yīng)由式確定。因此得 通常取，這樣既能保證起振也不致導(dǎo)致嚴(yán)重的波形失真。由振蕩電路中的原理圖知，實(shí)驗(yàn)中用XSC 1型示波器觀察正弦波輸

10、出電壓波形，并通過(guò)連接兩個(gè)1N5233B型穩(wěn)壓管限制輸出電壓以起到穩(wěn)幅的作用。實(shí)驗(yàn)中的觀測(cè)點(diǎn)為在放大電路中電壓輸出點(diǎn)處接一個(gè)示波器通過(guò)調(diào)節(jié)Rw阻值觀測(cè)波形及波形變化。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.8由電路中所示參數(shù)可求得待測(cè)量的數(shù)值為，等數(shù)值。理想數(shù)值為。但實(shí)際值和理論值之間仍然存在著一定的差距：。5. 仿真結(jié)果與分析5 . 1 Vo1仿真結(jié)果為合適值時(shí)的波形、數(shù)值，示波器仿真輸出結(jié)果如圖5所示。圖5 Vo1仿真結(jié)果5 . 2 Vo2仿真結(jié)果調(diào)節(jié)較大的是失真波形數(shù)值，示波器仿真輸出結(jié)果如圖6所示。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.9圖6 Vo2仿真結(jié)果輸出端頻率如圖7所示。圖7 輸

11、出端頻率5 . 3 誤差分析1由于室溫不同導(dǎo)致二級(jí)管等器件的參數(shù)值不一致最終使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)不相同，存在誤差。2實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讀數(shù)也是誤差產(chǎn)生的原因。3在對(duì)實(shí)驗(yàn)中參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，保留實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生誤差。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.104由于地球或外界電磁場(chǎng)干擾也會(huì)使實(shí)驗(yàn)器件參數(shù)有所差異導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。6. 設(shè)計(jì)體會(huì)這門(mén)課程使我認(rèn)識(shí)了一些模擬電子技術(shù)元件的性質(zhì)和在生活中的用法以及在實(shí)際生活中發(fā)揮的重要作用，通過(guò)設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了通過(guò)使用Multisim7的基本使用方法和一些仿真元件電路的設(shè)計(jì)，以及可以通過(guò)電路中的參數(shù)及計(jì)算得到很好的模擬電子仿真結(jié)果。使我可以把理論與實(shí)際相結(jié)合，為以后的學(xué)習(xí)

12、和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)模擬電子這門(mén)課程使我了解了放大器的分析和計(jì)算方法.通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助軟件是我可以單獨(dú)運(yùn)用軟件編輯簡(jiǎn)單的模擬電子電路圖,并可以利用電路編輯軟件對(duì)其進(jìn)行分析,仿真和計(jì)算.可以將抽象的理論知識(shí)與實(shí)際電路設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起,是我掌握了初步的設(shè)計(jì)方法,在掌握了模擬電路設(shè)計(jì)方法的同時(shí)也加深了對(duì)課程知識(shí)的理解和綜合的運(yùn)用,培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力,以及工程意識(shí)創(chuàng)新能力。但在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中也因?yàn)榛A(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)等原因遇到了一些難題,也由于課程設(shè)計(jì)的局限性也說(shuō)明了課設(shè)中所存在的問(wèn)題.同時(shí)也了解到自身實(shí)踐能力不強(qiáng),知識(shí)掌握不牢等不足。通過(guò)學(xué)習(xí)這門(mén)基礎(chǔ)課,使

13、我掌握了近代模擬電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)知識(shí),電路分析與計(jì)算的基本方法,具備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的初步技能,并為以后學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課打下了一定的基礎(chǔ). 在學(xué)習(xí)Multisim 7 編輯軟件的過(guò)程中提高了我一定的獨(dú)立解決問(wèn)題的能力,使我們的動(dòng)手能力和認(rèn)知能力有了一定的提高,使我對(duì)這門(mén)課程加深了認(rèn)識(shí),了解了它在實(shí)際生活中的意義,加深了對(duì)這門(mén)課程的興趣,了解了一些電器元件在生活中的用途和意義.通過(guò)學(xué)習(xí)提供給我了一種解決實(shí)際生活中的困難的方法。課程設(shè)計(jì)在我們今后的生活和工作中也有很大的用處,在接觸課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也能讓我們對(duì)本專(zhuān)業(yè)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解，這對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)也有幫助。7. 參考文獻(xiàn)1 張維康.應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)M.四川：西南交通大學(xué)出版社,2001.32 劉修文.圖解電子技術(shù)要訣J.北京：中國(guó)電力出版社.2006.6: 167-133 李源生.電路與模擬電子技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社.2003.6 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.