模擬電子技術(shù)課程設(shè)計波形發(fā)生器

1、 煙 臺 南 山 學(xué) 院 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 題目 波形發(fā)生器 姓 名： 孫道坤 所在學(xué)院：計算機與電氣自動化學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 自動化 班 級 自動化1202 學(xué) 號 201202022021 指導(dǎo)教師： 劉新紅 完成時間： 2013年12月 模電課程設(shè)計任務(wù)書一、基本情況 學(xué)時：40學(xué)時 學(xué)分：1學(xué)分 課程設(shè)計代碼：07120102 適應(yīng)班級：電氣工程、自動化二、進度安排本設(shè)計共安排1周，合計40學(xué)時，具體分配如下：實習(xí)動員及準備工作： 2學(xué)時總體方案設(shè)計： 4學(xué)時查閱資料，討論設(shè)計： 24學(xué)時撰寫設(shè)計報告： 8學(xué)時總結(jié)： 2學(xué)時教師輔導(dǎo)： 隨時三、基本要求1、課程設(shè)計的基本要求模電課程設(shè)

2、計是在學(xué)習(xí)完模擬電子技術(shù)課程之后，按照課程教學(xué)要求，對學(xué)生進行綜合性訓(xùn)練的一個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論知識的能力，分析問題和解決問題的能力，以及根據(jù)實際要求進行獨立設(shè)計的能力。初步掌握模擬電子線路的安裝、布線、焊接、調(diào)試等基本技能；熟練掌握電子電路基本元器件的使用方法，訓(xùn)練、提高讀圖能力；掌握組裝調(diào)試方法。其中理論設(shè)計包括總體方案選擇，具體電路設(shè)計，選擇元器件及計算參數(shù)等，課程設(shè)計的最后要求是寫出設(shè)計總結(jié)報告，把設(shè)計內(nèi)容進行全面的總結(jié)，若有實踐條件，把實踐內(nèi)容上升到理論高度。2、課程設(shè)計的教學(xué)要求模電課程設(shè)計的教學(xué)采用相對集中的方式進行，以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計室進行。做到

3、實訓(xùn)教學(xué)課堂化，嚴格考勤制度，在實訓(xùn)期間累計曠課達到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達到8次以上的學(xué)生，該課程考核按不及格處理。在實訓(xùn)期間需要外出查找資料，必須在指定的時間內(nèi)方可外出。 課程設(shè)計的任務(wù)相對分散，每3名學(xué)生組成一個小組，完成一個課題的設(shè)計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計方法和經(jīng)驗。但每個學(xué)生必須單獨完成設(shè)計任務(wù)，要有完整的設(shè)計資料，獨立撰寫設(shè)計報告，設(shè)計報告雷同率超過50%的課程設(shè)計考核按不及格處理。四、設(shè)計題目及控制要求設(shè)計制作一臺能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的波形發(fā)生器。要求：輸出波形頻率范圍為0.02Hz20kHz且

4、連續(xù)可調(diào)；正弦波幅值為±10V，失真度小于2%；方波幅值為10V；三角波峰-峰值為20V；各種波形幅值均連續(xù)可調(diào)。五、設(shè)計報告設(shè)計完成后，必須撰寫課程設(shè)計報告。設(shè)計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于2000字，圖形繪制規(guī)范。設(shè)計報告的格式如下： 1、封面 2、內(nèi)容提要 3、目錄4、正文(1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；(2) 方案選擇及論證；(3) 元器件的選擇；(4) 設(shè)計過程中出現(xiàn)問題的解決方法；5、心得體會 6、參考文獻 六、考核方法模電課程設(shè)計的考核方式為考查，考核結(jié)果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分數(shù)在90-100之間

5、為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格。 考核分三個方面進行：平時考勤：30%；實驗及設(shè)計成果質(zhì)量：40%；課程設(shè)計報告：30%。有下列情形之一者，課程設(shè)計考核按不及格處理： 1、設(shè)計期間累計遲到、早退達8次；2、設(shè)計期間累計曠課達6節(jié)；3、設(shè)計報告雷同率超50%或無設(shè)計報告；4、不能完成設(shè)計任務(wù)，達不到設(shè)計要求。11摘 要當(dāng)今世界在以電子信息技術(shù)為前提下推動了社會跨越式的進步，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展日新月異帶動了各國生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。由此可見科技已成為各國競爭的核心，尤其是電子通信方面更顯得尤為重要，在國民生產(chǎn)各部門都得到了廣泛的應(yīng)用

6、，而各種儀器在科技的作用性也非常重要，如信號發(fā)生器、單片機、集成電路等。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。常用超低頻信號發(fā)生器的輸出只有幾種固定的波形，有方波、三角波、正弦波、鋸齒波等，不能更改信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用LM324振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機。本系統(tǒng)本課題將介紹由LM324集成電路組成的方波三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法，了解多功能函數(shù)信號發(fā)生器的功能及特點，進一步掌握波形參數(shù)的測試方法，制作這種低頻的函數(shù)信號發(fā)生器成本較低，

7、適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)測量使用。制作時只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。關(guān)鍵字：信號發(fā)生器、波形轉(zhuǎn)換、LM324目 錄1 緒論11.1 課題背景11.2波形發(fā)生器簡介12 系統(tǒng)方案設(shè)計22.1 設(shè)計任務(wù)和要求22.2 設(shè)計目的22.3 設(shè)計思路23 各單元工作原理43.1波形發(fā)生器43.2 方波三角波轉(zhuǎn)換電路53.3三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路7總結(jié)8參考文獻9附錄101 緒論1.1 課題背景信號發(fā)生器是一類非常重要的電子儀器，在做實驗、進行產(chǎn)品研制和調(diào)試以及系統(tǒng)測試中都是必不可少的，而一般的信號發(fā)生器是由硬件組成的，它的輸出頻率范

8、圍寬，各項指標高，性能優(yōu)良，因而在對輸出波形要求較高的地方被廣泛采用。這種儀器的缺點是電路復(fù)雜，成本高，輸出波形種類不多，不夠靈活。在對波形指標要求不高、頻率要求較低的場合，可以用單片機構(gòu)成一個波形發(fā)生器，產(chǎn)生所需要的各種波形這樣的函數(shù)發(fā)生器靠軟件產(chǎn)生各種波形，小巧靈活，便于修改，且成本低廉，容易實現(xiàn)。但受單片機工作頻率的限制，它所構(gòu)成的波形發(fā)生器的輸出頻率較低，各項指標也都不太高，只能用于對波形要求不高的場合。1.2波形發(fā)生器簡介波形發(fā)生器是一種數(shù)據(jù)信號發(fā)生器，在調(diào)試硬件時，常常需要加入一些信號，以觀察電路工作是否正常。用一般的信號發(fā)生器，不但笨重，而且只發(fā)一些簡單的波形，不能滿足需要。例如

9、用戶要調(diào)試程序時，就要在計算機上寫好一段程序，再用線連接計算機和用戶實驗板，如果不正常，不知道是通訊線有問題還是程序有問題。用E2000/L的波形發(fā)生器功能，就可以定義串口數(shù)據(jù)。通過邏輯探勾輸出，調(diào)試起來簡單快捷。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)和要求設(shè)計制作一臺能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的波形發(fā)生器。要求：輸出波形頻率范圍為0.02Hz20kHz且連續(xù)可調(diào)；正弦波幅值為±10V，失真度小于2%；方波幅值為10V；三角波峰-峰值為20V；各種波形幅值均連續(xù)可調(diào)。2.2 設(shè)計目的1鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學(xué)知識能力。2培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱

10、手冊、圖表和文獻資料的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。3通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件。4了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。5 培養(yǎng)嚴肅、認真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。2.3 設(shè)計思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

11、理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路如圖2.1所示：圖2.1 設(shè)計框圖系統(tǒng)設(shè)計電路總圖如圖2.2所示：圖2.2系統(tǒng)設(shè)計電路總圖3 各單元工作原理3.1波形發(fā)生器因為方波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平（如圖3.1所示），所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋-正反饋；因為輸出狀態(tài)應(yīng)按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。方波電壓狀態(tài)如圖3.1所示： 圖 3.1 方波電壓狀態(tài)此電路由反相的輸入比較器和RC電路組成（如圖3.2所

12、示）。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R1對電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，從Uo=+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R1對電容C反向充電。Un隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)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。方波發(fā)生電

13、路如下圖3.2所示：圖3.2 方波發(fā)生器電路圖方波仿真圖如下圖3.3所示：圖3.3方波仿真圖3.2 方波三角波轉(zhuǎn)換電路當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓Uo=+Uz時，積分運算電路的輸出電壓Uo將線性下降；而當(dāng)Uo=-Uz時，Uo將線性上升。積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓Uo1，而且Uo1不是+Uz，就是-Uz。設(shè)初態(tài)時正好從-Uz躍變?yōu)?Uz，則積分電路反向積分，Uo隨時間的增長線形下降，一旦Uo=-Ut，再稍減小，Uo1將從+Uz躍變?yōu)?Uz。積分電路正向積分，Uo隨時間的增長線形增大，一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo1將從-Uz躍變?yōu)?Uz，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。電路重復(fù)上述

14、過程，因此產(chǎn)生自激振蕩，三角波發(fā)生電路如圖3.4所示： 圖3.4方波三角波發(fā)生電路方波-三角波波形如圖3.5和仿真圖圖3.6所示： 圖3.5方波-三角波波形圖3.6方波-三角波仿真圖3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路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。正弦波電路如圖3.7所示：圖3.7正弦波電路為使輸出波形更接近正弦波：（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

15、正弦波變換的電路。其中R4和R12調(diào)節(jié)三角波的幅度，R13調(diào)整電路的對稱性。電容C1為隔直電容，C2和C3為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。（4） 正弦波電路仿真圖3.8：圖3.8正弦波電路仿真總結(jié)經(jīng)過一個星期的課程設(shè)計，收獲了挺多的。一個星期大都是在圖書館或是電腦上花費的，主要是查找實驗相關(guān)的資料并設(shè)計出合理的實驗方案，單就方案設(shè)計就讓人頭疼，不過依靠現(xiàn)在發(fā)達的科技以及圖書館的豐富的資料，終于設(shè)計出了合理的方案。方案設(shè)計都還是挺順利的，在劉老師的檢查下，方案得到了劉老師的認可，接下來便是設(shè)計方案。在這方面，存在挺多問題的，像是電路的設(shè)計，元件的選擇都挺難的，總之要細心加耐心。在劉老師

16、的指導(dǎo)下，我們改變了電路中電容的值，經(jīng)過老師的多次指導(dǎo)，頻率范圍變寬了，基本達到了要求。在這次設(shè)計課我懂的了，很多東西，明白耐心，細心的重要，也體會了自己創(chuàng)造的成果帶來的喜悅，也明白很多知識，知道自己在那些方面存在著不足，通過這次得已明白。也明白了只有理論和實踐結(jié)合起來才是最終的目的。對一學(xué)期以來所學(xué)的電子方面的知識也重新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)了一遍，也對自己在模擬電子方面能力有了更客觀的認識和評價。在這次設(shè)計過程中，從最基本的查元件，找資料做起，了解了完整的電子設(shè)計的一般步驟，也和同學(xué)們共同探討，學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，也遇到了各種各樣從沒想過的問題，通過請教老師，和同學(xué)交流，并真的解決了它們，可

17、以說是為我們 以后在電子領(lǐng)域的發(fā)展做了一些有益的嘗試，同時也使我增加了對電子方面知識的興趣，也從中發(fā)現(xiàn)了自己的一些不盡如人意的地方，以后要多改進。最后，在這里也非常感謝指導(dǎo)老師，感謝老師的耐心指導(dǎo)。這次課設(shè)實驗感受挺多的，其實整個階段挺快樂，同時讓我明白了只有實踐了，你才能得出正確的答案，而理論，你只能當(dāng)做參考，理論得到實踐才是真知。這次課程設(shè)計的經(jīng)歷將是作為財富而不僅僅是經(jīng)驗。課程設(shè)計就是將理論知識在實際中驗證，應(yīng)運于實際這才是學(xué)習(xí)的目的。參考文獻1.楊素行主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）.清華大學(xué)，高等教育出版社.2005.102.李萬臣主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計.哈爾濱工程

18、大學(xué)出版社，2001.33.胡宴如主編. 模擬電子技術(shù). 北京. 高等教育出版社，20004.鄧謙、劉清平、張琦、黃麗貞主編.電子技術(shù)事件2(低頻電子線路)實驗指導(dǎo)書.2003.105.電子設(shè)計應(yīng)用2009年第5期 國家一級科技期刊.2009.56.電子器件2009年第32卷 第3期 中國科技核心期刊.2009.37.電子線路課程設(shè)計北京.電子工業(yè)出版社.2003.28.童詩白主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京. 高等教育出版社.2005.12附錄附錄1表1 電路元器件清單主要元件規(guī)格穩(wěn)壓管兩個芯片一個LM324電阻一個1K一個8.2K五個10K一個47K電位器一個50一個200K兩個1M電容三個0.1F一個1F附錄2LM324系列