函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計仿真與實(shí)現(xiàn) (模電課設(shè))

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計仿真與實(shí)現(xiàn) 初始條件： 可選元件：運(yùn)算放大器，三極管，電阻、電位器、電容若干，直流電源Vcc= +612V， VEE= -6-12V，或自選元器件?？捎脙x器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，毫伏表等要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計任務(wù)根據(jù)要求，完成對方波三角波正弦波發(fā)生器的仿真設(shè)計、裝配與調(diào)試。（2）設(shè)計要求 正弦波Upp6V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。三角波Upp5V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。 方波Upp16V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。 頻率范圍：三段：10100Hz，100 Hz1KHz，1 KHz10

2、 KHz；頻率控制方式：壓控頻率（即VCF）；輸出電量：電壓； 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（用Proteus畫電路原理圖并實(shí)現(xiàn)仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計報告書。時間安排：1、 2011 年1月3日 至2011年1月7日，完成仿真設(shè)計、制作與調(diào)試；撰寫課程設(shè)計報告。 2、 2011 年1月8日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1 Multisim簡介12 電路工作原理設(shè)計23 方案論證23.1正弦波產(chǎn)生原理23.2方波、三角波

3、產(chǎn)生原理34電路參數(shù)的選擇及計算45 軟件仿真56 電路的安裝與調(diào)試66.1 供電系統(tǒng)的安裝與調(diào)試66.2 信號產(chǎn)生系統(tǒng)的安裝于調(diào)試67電路性能測試68設(shè)計特點(diǎn)與改進(jìn)意見88.1設(shè)計特點(diǎn)88.2不足之處89 元器件清單及實(shí)物展示910心得體會1011參考文獻(xiàn)1112成績評定表12Multisim簡介摘要：Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。multisim 10概述:通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計電路 通過交互式SPIC

4、E仿真, 迅速了解電路行為 借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計特征 通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試 通過改進(jìn)、整合設(shè)計流程, 減少建模錯誤并縮短上市時間 直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真：NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計

5、流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。2 電路工作原理設(shè)計函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。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，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取Ｒ部梢允紫犬a(chǎn)生正弦波，再生成方波，三角波。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用正弦波、方波三角波函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計思路。 圖2-1 設(shè)計思路3 方案論證3.1正弦波產(chǎn)生原理正弦波振蕩電路是一種自己振蕩電路，其實(shí)質(zhì)是放大器引正反饋的

6、結(jié)果。由放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)組成。它沒有輸入信號，而是通過電路中的噪聲經(jīng)過選頻產(chǎn)生。具體產(chǎn)生的方法有多種，有RC正弦波振蕩器，LC正弦波振蕩器，石英晶體正弦波振蕩器。本課題具體采用RC文氏橋振蕩器電路。首先分析其選頻電路。如圖3-1所示，RC串聯(lián)阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)阻抗用Z2表示: 圖3-1 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性表達(dá)式為相頻特性表達(dá)式為當(dāng)振蕩頻率為時，幅頻值最大為1/3，相位jF=0°如圖3-2所示， 圖3-2 幅頻、相頻特性曲線 RC文氏橋電路如圖3-3，為滿足振蕩的幅度條件|=1，所以Af3。加入R8、R4支路，構(gòu)成負(fù)反饋電路。 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用

7、是靠兩個并聯(lián)的二極管組成的，當(dāng)輸出信號較小時，二極管工作電流小，動態(tài)電阻大，電路的增益較大，引起增幅震蕩過程。當(dāng)輸出幅度達(dá)到一定程度，二極管工作電流大，動態(tài)電阻小，電路的增益下降，電路的輸出電壓幅值將不再上升，從而使輸出電壓穩(wěn)定，以此來達(dá)到穩(wěn)幅的目的。 3.2方波、三角波產(chǎn)生原理電路如圖3-4，左邊放大器為同相圖圖3-3 文氏橋電路輸入遲滯比較器，右邊為積分放大電路。我們把遲滯比較器的輸入電壓即積分電路的輸出電壓表示為Vo，遲滯比較器的輸出電壓作為參考電壓Vr，比較放大器的同相輸入電壓表示為Vp，則 圖3-4方波、三角波電路,由于“虛短”知識知Vp=Vn=0，則閥值電壓Vo=Vth=，值得注意

8、的是，遲滯比器的閥值電壓就是三角波的幅值，即Vom= Vth =。改變R4，C2可以改變充放電時間常數(shù)，從而改變波形頻率。4電路參數(shù)的選擇及計算對于正弦波部分，根據(jù)要求，選頻網(wǎng)絡(luò)要達(dá)到10Hz到10KHz的頻帶范圍，取電容為常用電容100nF,由公式可求出電阻的理論值是160160K,考慮到實(shí)際電路，選取100到200K的電阻，具體采用100與200K可調(diào)電阻的串聯(lián)。考慮幅頻特性，當(dāng)時，=,所以A3時才能起振，A=1+，所以R8R4，取R8=3K，R4=1.5K，在實(shí)際電路焊接中R8采用1K與2K串聯(lián)，R4采用的是1K與500可調(diào)電位器串聯(lián)。對于穩(wěn)幅電路，實(shí)際中采用兩個二極管1N4001焊接。

9、限流電阻采用1K電阻，由于電路需要幅度可調(diào)，本課程設(shè)計采用可調(diào)電阻分壓的原理，電位計采用20K的。對于方波、三角波部分,積分電容采用100nF的瓷片電容，通過計算電阻值，選取500K的可調(diào)電阻，限流電阻采用100電阻，匹配電阻選10K電阻，R5采用2K可調(diào)電阻，R6采用1K電阻。電路供電采用12V直流電源。芯片用op27集成運(yùn)放。5 軟件仿真用Multisim進(jìn)行原理仿真，仿真時采用的原理圖如下圖: 圖 5-1 仿真總原理圖通過仿真原理圖，可以得到如下的各種仿真曲線:圖5-2 仿真正弦波圖5-3仿真方波、三角波通過仿真結(jié)果可以看出此電路沒有原則性的錯誤，并且產(chǎn)生了相應(yīng)的波形，波形沒有失真，并且

10、頻率范圍也可以達(dá)到要求。6 電路的安裝與調(diào)試6.1 供電系統(tǒng)的安裝與調(diào)試Op27采用雙電源供電，焊接時注意電源的正負(fù)極，加上兩個二極管做保護(hù)電路，并在電路上接指示燈。接LED時注意要接限流電阻，否則LED容易燒壞。在盡可能離芯片近的地方接濾波電容，電解電容要注意其極性，不能接反了。6.2 信號產(chǎn)生系統(tǒng)的安裝于調(diào)試首先在萬用板上放置op27的8腳的雙列直插芯片座子，本實(shí)驗(yàn)要用到三個同樣的集成芯片，所以要注意布局。由op27的pdf資料可知其7腳和4腳分別是其正負(fù)電源引腳，2腳3腳是信號輸入端，6腳是信號輸出端。要注意芯片周圍元件的布局。由于芯片周圍元件比較密集，焊接時可使用跳線。 圖6-1 op

11、27引腳分兩個模塊焊接，焊接前對每個元件進(jìn)行測量，確定元件正常后方可進(jìn)行焊接。每焊接一條支路都要用萬用表測試是否接通，有無虛焊。每安裝完一個模塊都要進(jìn)行測量，看電路是否能夠達(dá)到設(shè)計要求。符合要求才可以進(jìn)行下一步的測試，否則就要重新分析，找出錯誤，改正之后才能進(jìn)行下一步操作。7電路性能測試電路完成安裝于調(diào)試后，接上正負(fù)12V電源進(jìn)行測試，用示波器觀察輸出波形，在不失真的情況下，測波形的峰峰值電壓，調(diào)解相應(yīng)滑動變阻器，改變頻率，重復(fù)測量，最后用excel生成相應(yīng)的幅頻折線圖。圖7-1方波幅頻曲線圖7-2 三角波幅頻曲線 圖7-3正弦波幅頻曲線由圖像可知，產(chǎn)生的信號峰峰值可以達(dá)到要求，并且范圍要超過

12、要求的范圍，頻率也可以達(dá)到設(shè)計要求。8設(shè)計特點(diǎn)與改進(jìn)意見8.1設(shè)計特點(diǎn)設(shè)計中沒有把正弦信號的發(fā)生與方波、三角波的發(fā)生聯(lián)系在一起，使其頻率單獨(dú)可調(diào)。并對正弦信號的電壓通過滑動變阻器分壓進(jìn)行幅度可調(diào)的設(shè)定。由于不是采用差分產(chǎn)生正弦信號，且電路采用正負(fù)十二伏電源供電，可在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定產(chǎn)生18V的正弦信號。且信號源的低頻特性相當(dāng)好。對于方波、三角波，將選頻網(wǎng)絡(luò)與積分網(wǎng)絡(luò)的電容采用同一個電容，調(diào)節(jié)時方便靈敏，電壓幅值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于任務(wù)要求的值。8.2不足之處電路安裝時，沒有將方波與三角波的電壓設(shè)置為可調(diào)，剛開始采用與正弦信號同樣的方法進(jìn)行可調(diào)設(shè)置，但由于電路之間各阻抗的相互影響，使輸出波形發(fā)生很大變化，所

13、以最后沒有采用這種方法進(jìn)行可調(diào)設(shè)置。理論上認(rèn)為可以通過加一級電壓跟隨器，然后再設(shè)置可調(diào)就可以了。在頻率達(dá)到一定程度后，波形會失真，當(dāng)采用高速運(yùn)放后，效果會變好。9 元器件清單及實(shí)物展示表中的元器件為本課程設(shè)計中所用到的元器件。實(shí)物元器件表-1：運(yùn)算放大器Op273個直流穩(wěn)壓源12V電容若干萬用表一塊電阻若干示波器一臺電位計若干排針若干實(shí)物圖：圖9-1 函數(shù)發(fā)生器實(shí)物10心得體會幾天的模電課設(shè)一閃而過，回顧這幾天的辛苦摸索，心中不免感慨良多。其實(shí)，相對電路課設(shè)而言，模電科課設(shè)的時間要緊張的多，因?yàn)轳R上其他必修考試的即將到來，大大的加重了我們的心理負(fù)擔(dān)，時間緊迫，每一天心中就是那么兩件事：課設(shè)和復(fù)

14、習(xí)。無限的重復(fù)，卻也不知疲憊。最初的時候，multisim的學(xué)習(xí)也不是那么順利由于是全英文的界面，對于我來說說明書也很難看懂，給我造成了相當(dāng)大的麻煩，后來在各類參考書的幫助下組建有了些頭緒，知道了如何選擇元件，如何搭建電路，隨著一步一步深入的學(xué)習(xí)了解，越發(fā)的覺得multisim的強(qiáng)大與實(shí)用，也越發(fā)的覺得自身學(xué)習(xí)的不足，也越來越明白書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟的至理名言，的卻，學(xué)是不知道到不知道，然而既然知道了自己有很多知識盲點(diǎn)，那么所能做的就是經(jīng)可能的彌補(bǔ)它，補(bǔ)救它。通過各種途徑去弄清楚，搞明白。既然明白了這些道理，然后我決定對multisim進(jìn)行更加深入的了解與應(yīng)用，百度上，google上

15、，以及專業(yè)的計算機(jī)軟件網(wǎng)站CSDN上，還有各類其他網(wǎng)絡(luò)上我都一一查詢，雖然這些學(xué)習(xí)的道路并不順利，但是最終我的收獲確實(shí)很大，不僅僅加強(qiáng)了自身獲取知識的能力，也確確實(shí)實(shí)明白了許多關(guān)于multisim的應(yīng)用技巧，對于我的各類學(xué)習(xí)也是大有裨益。在理論學(xué)習(xí)的同時我們當(dāng)然也沒有忘記最后的實(shí)物制作，在實(shí)物制作的過程中，發(fā)生了很多很多，也讓我學(xué)習(xí)到很多，明白很多。在我們學(xué)習(xí)理論知識的同時也絕然不能忘記對于動手能力的訓(xùn)練。當(dāng)今大學(xué)生普遍的缺乏一種實(shí)際動手能力。一方面可能是學(xué)校創(chuàng)造的條件不夠，我想更大部分的原因則是因?yàn)樽陨淼牟粔蛑匾?。所以在平時的日常生活中做個有心人，積極動手，樂于動手，有踏實(shí)的實(shí)干精神是很重要

16、的。本次的模擬電路的這一課程設(shè)計,一方面,鞏固了已學(xué)過的理論知識;另一方面,培養(yǎng)了我們的設(shè)計能力和動手能力.在設(shè)計的過程中,遇到了許多的問題,在老師和同學(xué)的幫助下,通過自己的不斷努力,一步一個腳印,最終克服難題,成功的完成了本次課程設(shè)計.本次的課程設(shè)計,不僅鍛煉了我的動手能力,而且使我真正的掌握了怎樣把理論運(yùn)用到實(shí)踐中去,在設(shè)計的過程中,它不僅樹立了我的勞動觀念,而且提高了我的處理問題的能力,培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神,體會了團(tuán)隊(duì)的偉大力量.最后感謝在此次課程設(shè)計過程中給與我?guī)椭母魑焕蠋?，也感謝各位同學(xué)的關(guān)鍵的指點(diǎn)。同時更感謝組里各位的幫助。一個好漢三個幫，一個籬笆三個樁。在當(dāng)今社會個人英雄主義已經(jīng)不適合在社會中的生存，是你們剛我學(xué)會了團(tuán)隊(duì)的協(xié)作。再次感謝你們。11參考文獻(xiàn)（1) 吳友宇，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 清華大學(xué)出版社，2009.5