模電函數(shù)發(fā)生器課程設(shè)計報告

1、姓名： 班級：學(xué)號： 成績： 教師簽字： 實驗名稱 函數(shù)信號發(fā)生器1.實驗?zāi)康?.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。4.掌握常用元器件的識別和測試5. 熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法2.總體設(shè)計方案或技術(shù)路線2.1 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

2、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經(jīng)濟、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行調(diào)試，觀察效果并與最初的設(shè)計要求的性能指標作對比。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2.2 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

3、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。能實現(xiàn)頻率可調(diào)的指標要求，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。3.實驗電路圖3.1 各部分電路設(shè)計3.1.1 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t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦

4、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從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。圖3-1 方波發(fā)生電路U-=UcU+= (R3/ (R3+R4+Rp2) (+Uz)Ut = (R3/ (R3+R4+Rp2) (+Uz)Uc (t) =Uc (oo) + Uc (0)-Uc (oo) e -t/Ut+=Uz+ Ut_-Uz T=2/l

5、n (1+2R3/（R4+Rp2)3.1.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖3-2 方波-三角波產(chǎn)生電路圖 圖3-3 比較器的電壓傳輸特性 圖3-4 方波-三角波變換工作原理如下：若a點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo

6、1=+Vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 比較器的門限寬度由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-3所示。a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為 時，時，可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為由以上兩式可以得到以下結(jié)論：1 電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的

7、幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調(diào)。2. 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。3.1.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖3-5 三角波-正弦波產(chǎn)生電路三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。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，可以有效的抑制零點漂移，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： 式中 差分放大器的恒定電流；

8、溫度的電壓當量，當室溫為25oc時，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達式為 式中 Um三角波的幅度； T三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3） 圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp4調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻R11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。 圖3-6 三角波-正弦波變換3.1.4電路的參數(shù)選擇及計算1.方波-三角波中電容C01變化（關(guān)鍵性變化之一）實物連線中，我

9、們一開始很長時間出不來波形，后來將C02從10uf（理論時可出來波形）換成0.1uf時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當C02=10uf時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)。2.三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計算如下。得即取 ，則，取 ，RP1為47K的點位器。區(qū)平衡電阻由式 即當時，取，則，取，為100K電位器。當時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。三角波>正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。R1

10、1=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。3.2總電路圖圖3-7 函數(shù)發(fā)生器總電路圖4. 儀器設(shè)備名稱、型號1直流穩(wěn)壓電源1臺2雙蹤示波器1臺3萬 用 表1臺4運 放7412片5電位器50K2只電位器100K1只電位器1001只6電 容470F3只電 容10F1只電 容1F1只電 容0.1F2只電 容0.01F1只7電 阻1001只電 阻2K2只電 阻6.8K2只電 阻10K3只電 阻15K1只電 阻20K3只電 阻51K1只8 三極管90134只9. 面包板1片5.理論分析或仿真分析結(jié)果5.1

11、方波-三角波發(fā)生電路的仿真仿真條件：先調(diào)節(jié)R4的電阻，即按動a鍵，使得輸出三角波的峰峰值為8V,然后改變電容的值，讓它分別為0.01uF、0.1uF、1uF、10uF,對應(yīng)電阻R6的范圍（即改變b的大?。┑贸霾煌膱D形。 圖5-1 C1=0.01uF 1% 圖5-2 C1=0.01uF 99% 圖5-3 C1=0.1uF 1% 圖5-4 C1=0.1uF 99% 圖5-5 C1=1uF 1% 圖5-6 C1=1uF 99% 圖5-7 C1=10uF 1% 圖5-8 C1=10uF 99%5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真仿真條件：先將電容接地，調(diào)節(jié)Rp4,從而調(diào)節(jié)輸出電壓。再輸入三角波，看輸

12、出是否為正弦波，并記錄最大不失真時的正弦波峰峰值，使之大于1V。圖5-9 靜態(tài)工作點 圖5-10 C1=0.01uF 1% 圖5-11 C1=0.01uF 99% 圖5-12 C1=0.1uF 1% 圖5-13 C1=0.1uF 99% 圖5-14 C1=1uF 1% 圖5-15 C1=1uF 99% 圖5-16 C1=10uF 1% 圖5-17 C1=10uF 99%6.詳細實驗步驟及實驗結(jié)果數(shù)據(jù)記錄（包括各儀器、儀表量程及內(nèi)阻的記錄）6.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試6.1.1 安裝方波三角波產(chǎn)生電路（1）把兩塊741集成塊插入面包板，注意布局；（2）分別把各電阻放入適當位置，尤其注

13、意電位器的接法；（3）按圖接線，注意直流源的正負及接地端。6.1.2 調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路（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；（4）觀察示波器，各指標達到要求后進行下一部按裝。表6-1 multisim仿真結(jié)果C=0.01uffmin=625HZfmax=1.09KHZC=0.1uffmin=66.2HZfmax=1KHZC=1ufFmin=6.69HZfmax=113HZC=10ufFmin=0.672HZfmax=11.429HZ實際電路結(jié)果：表6-2實際電路結(jié)果C=0.01uffmin= HZfmax=

14、 KHZC=0.1uffmin= HZfmax= KHZC=1uffmax= HZC=10uffmax= HZ6.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試6.2.1 安裝三角波正弦波變換電路（1）在面包板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線；（2）搭生成直流源電路，注意R*的阻值選??；（3）接入各電容及電位器，注意C6的選??；（4）按圖接線，注意直流源的正負及接地端。6.2.2 調(diào)試三角波正弦波變換電路（1）接入直流源后，把C4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V1、V2的電容值，當不相等時調(diào)節(jié)RP4使其相等；（3）測試V3、V4的電容值，使其滿足實驗要求；（4）在C4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入其最大不失真電壓；（1）靜態(tài)工作點：表6-3 靜態(tài)工作點實驗結(jié)果R17= Vc1= Vc2= Vc3= mV Vc4= mV（2）最后波形：Uo3（正弦波） Uo2（三角波）測量值Uo3= V 峰峰值Uo2= mV6.3 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，逐各排查