模擬電子正弦波發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè)保密班 級(jí)保密姓 名保密設(shè) 計(jì) 起 止 日 期2015.7.62015.7.10設(shè)計(jì)題目： 正弦波發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波發(fā)生電路，主要技術(shù)參數(shù)：頻率：1000Hz；幅度：。選擇電路，要求設(shè)計(jì)放大電路、反饋電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)，計(jì)算元件參數(shù)。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： . 簽字：年 月 日課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO11 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)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

2、擇、論證方案，設(shè)計(jì)電路并仿真，分析結(jié)果，撰寫報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握電子電路設(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設(shè)計(jì)思路正弦波發(fā)生電路采用RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中R1=R2=R,C1=C2=C，RF為變阻器，其最大阻值為RFmax。該電路由兩部分組成，即放大電路A 和選頻網(wǎng)絡(luò)F。A為由集成運(yùn)放所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，取其輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點(diǎn)。而F則由Z1、Z2組成，她們對(duì)放大電路形成正反饋，并具有選頻作用。圖1中Z1、Z2

3、和RF、R0正好形成一個(gè)四臂電橋，電橋由放大電路的輸出電壓U0供電，另外兩個(gè)對(duì)角頂點(diǎn)分別接到放大電路的同相和反相輸入端，故RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路又稱橋式正弦波振蕩電路。圖1 RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路2.1.1 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)圖1虛線框所表示的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)具有選頻作用 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO2Z1=R+1jC Z2=R/1jC=R1+jRC選頻網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓為U0，輸出電壓為Uf，則F=UfU0=Z2Z1+Z2=R/1jCR+1jC+R/1jC整理可得F=13+j(RC-1RC)令0=1RC，代入上式，得F=13+j(0-0)于是有F=132+(0-0)2F=-arctan13(0

4、-0)根據(jù)以上兩個(gè)式子畫出的幅頻特性和相頻特性如圖2所示（a）幅頻特性 （b）相頻特性圖2 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO由圖2可以看出，當(dāng)=0=1RC或者f=f0=12RC時(shí)，幅頻相應(yīng)的幅值最大，即Fmax=13而相頻響應(yīng)的相位角為零，即F=0°所以，只有頻率為=0=1RC的信號(hào)被選通，且Uf的幅值最大，是U0的幅值的13，同時(shí)Uf和U0同相位，呈純阻性。而對(duì)于其它頻率信號(hào)F迅速衰減，說(shuō)明RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)確實(shí)具有選頻特性。2.1.2 RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路分析如圖1所示RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，在a點(diǎn)斷開，并加入輸入信號(hào)Ui，因?yàn)榉糯箅娐窞橥啾壤\(yùn)算電路，輸出

5、電壓與輸入電壓是同相位，即A=0°；而RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)滿足=0時(shí)，有F=13，且F=0°。由此可見，當(dāng)=0時(shí)，有A+F=0°，電路滿足自激振蕩的相位條件。若放大倍數(shù)的電壓放大倍數(shù)Au=3，則有AF=1，此時(shí)電路又滿足自激振蕩的幅值條件。因此，該振蕩電路對(duì)頻率為0的信號(hào)可以產(chǎn)生自激振蕩，輸出頻率為0的正弦信號(hào)，且：0=1RC為使上述電路能夠起振，在振蕩電路未工作時(shí)應(yīng)滿足起振條件AF>1，應(yīng)該使放 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO大電路的電壓放大倍數(shù)Au>3，為此應(yīng)合理地選擇電阻RF。由于放大電路為同相比例運(yùn)算電路，則Au=1+RFR03RF

6、2R0 但是如果RF選擇過(guò)大，又會(huì)使振蕩電路輸出波形失真。由圖1可以看出電阻RF和R0在電路中引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，負(fù)反饋系數(shù)為F=R0R0+RF改變RF和R0阻值的大小可以調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度。RF越小，負(fù)反饋深度越深，放大電路的電壓放大倍數(shù)越小，如果不能滿足Au>3，則振蕩電路不能起振；反之，RF越大，負(fù)反饋越弱，電壓放大倍數(shù)越大，如果輸出波形的幅度太大，會(huì)使輸出波形產(chǎn)生明顯失真。因此，應(yīng)通過(guò)調(diào)整RF和R0的阻值，使振蕩電路產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波。2.2參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)中，頻率f=1000Hz，由以上分析可知f=12RC即RC=12f=12×3.14×1000=1

7、.59×10-4在本設(shè)計(jì)中，為了方便，可取R=15.9k， C=0.01F2.3元件選擇根據(jù)上述計(jì)算，可選擇以下元件作為本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)元件R1=R2=R=15.9k，C1=C2=C=0.01F 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO其它的元件可根據(jù)需要選擇如下R0=18k，RFmax=50k，頻率計(jì)，失真儀，萬(wàn)用表，示波器，集成運(yùn)算電路。3 電路的仿真3.1 NI Multisim 10 軟件簡(jiǎn)介NI Multisim 10是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本。目前美國(guó)NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊Multisim、PCB設(shè)計(jì)

8、軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊Commsim 4個(gè)部分，能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過(guò)程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個(gè)部分相互獨(dú)立，可以分別使用。 Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個(gè)部分有增強(qiáng)專業(yè)版、專業(yè)版、個(gè)人版（Personal）、教育版、學(xué)生版和演示版等多個(gè)版本，各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。NI Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NI Multis

9、im 10是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。NI Multisim 10的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)，而且建庫(kù)所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。NI Multisim 10可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫?duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀

10、態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。3.2 NI Multisim 10 軟件的使用在利用NI Multisim 10軟件進(jìn)行電路仿真時(shí)，可按照下面的步驟依次進(jìn)行：從放置菜單選擇元器件或者從工具欄上選擇元器件；放置好元器件之后，連線，鼠標(biāo)指針停留在元件管腳上單擊就可以將導(dǎo)線引出來(lái)了，到要連接到的管腳再次單擊就可以將導(dǎo)線畫好；畫好導(dǎo)線之后，選擇萬(wàn)用表或者示波器等儀器儀表連接到適當(dāng)?shù)奈恢茫?課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO選擇合適的數(shù)值對(duì)各個(gè)元件賦值點(diǎn)擊運(yùn)行就可以仿真了，單擊按鈕，進(jìn)行設(shè)置和觀察仿真結(jié)果。3.3 電路的仿真在完成以上操作之后，就可以對(duì)電路進(jìn)行仿真了，本設(shè)計(jì)中，由以上計(jì)算可知當(dāng)RF2R0 時(shí)電路才會(huì)起振，

11、即RF72%RFmax 電路才會(huì)起振。為此在仿真時(shí)可使RF的阻值在72%附近變化。完成以上操作之后，在仿真軟件上可以看到如圖3這樣的電路圖：圖3 NI Multisim 10仿真電路圖4 仿真結(jié)果及誤差分析4.1仿真結(jié)果點(diǎn)擊運(yùn)行仿真按鈕開始仿真，先將變阻器的阻值調(diào)的略微高一點(diǎn)，使電路起振，然后將變阻器阻值比例調(diào)至72%，可得到以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):萬(wàn)用表讀數(shù)：7.064V頻率計(jì)讀數(shù)：1.001kHz失真儀讀數(shù)：0.124%詳細(xì)結(jié)果如圖4、圖5、圖6、圖7。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO7圖4 萬(wàn)用表讀數(shù)圖5 頻率計(jì)讀數(shù)圖6 失真儀讀數(shù) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO8圖7 示波器示波結(jié)果圖4.2誤差分析在仿真模擬的過(guò)程

12、中，變阻器每變化1%，其阻值變化500，其存在的誤差也非常大；萬(wàn)用表有內(nèi)阻，也會(huì)存在誤差；是一個(gè)無(wú)理數(shù)，在本設(shè)計(jì)中是按照3.14來(lái)計(jì)算的，這也對(duì)實(shí)驗(yàn)造成了誤差。5 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)在這次電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)習(xí)到了一款新的軟件Multisim10,經(jīng)過(guò)查閱我知道了Multisim在電子行業(yè)的CAD軟件中，他排在眾多EDA軟件的前面，它具有原理圖設(shè)計(jì)、印刷電路板（PCB）、設(shè)計(jì)層次原理圖設(shè)計(jì)、報(bào)表制作、電路仿真以 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 NO9及邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，是進(jìn)行電子設(shè)計(jì)最有用的軟件之一。幾乎所有的電子公司都要用到它。Multisim軟件，我被它強(qiáng)大的功能所吸引，在不斷探討和摸索后，慢慢熟悉了這款軟件如何操作，通過(guò)這次電子技術(shù)設(shè)計(jì)，我在多方面都有所提高。如通過(guò)這次電路與計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和將電路應(yīng)用到計(jì)算機(jī)的仿真自己的親自操作，能簡(jiǎn)單制作出相應(yīng)的PCB軟件。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多沒(méi)有想到的錯(cuò)誤及疑惑，經(jīng)過(guò)檢查分析錯(cuò)誤及和同學(xué)一起交流，逐漸學(xué)會(huì)并掌握了有關(guān)電路設(shè)計(jì)的思想，懂得了如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)試和修改不合理的設(shè)計(jì)部分。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多沒(méi)有想到的錯(cuò)誤及疑惑，經(jīng)過(guò)檢查分析錯(cuò)誤及和同學(xué)一起交流，逐漸學(xué)會(huì)并掌握了有關(guān)電路設(shè)計(jì)的思想，懂得了如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)試和修改不合理的設(shè)計(jì)部分。6 參考文獻(xiàn)1林紅·周新霞·