模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、 揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 課 程： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 指導(dǎo)老師： 班 級(jí)： 智能 0801 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 第 一 部 分任 務(wù) 及 指 導(dǎo)書(shū)（含課程設(shè)計(jì)計(jì)劃安排）模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課題：函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)電子電路設(shè)計(jì)的一般方法1仔細(xì)分析產(chǎn)品的功能要求，利用互連網(wǎng)、圖書(shū)、雜志查閱資料，從中提取相關(guān)和最有價(jià)值的信息、方法。（1）設(shè)計(jì)總體方案。（2）設(shè)計(jì)單元電路、選擇元器件、根據(jù)需要調(diào)整總體方案（3）計(jì)算電路（元件）參數(shù)。（4）繪制電路圖初稿2上機(jī)利用EDA軟件進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)仿真。電路圖設(shè)計(jì)已有不少的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工

2、繪圖的壓力，電路實(shí)驗(yàn)仿真大大減少人工重復(fù)勞動(dòng)，并可幫助工程技術(shù)人員調(diào)整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。3在面包板上或萬(wàn)能板上焊接、安裝電路。4電路調(diào)試。了解掌握電路調(diào)試的基本方法。利用常用儀表調(diào)試電路，排除電路故障，提高電路性能，鞏固理論知識(shí),提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。5獨(dú)立撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。函數(shù)發(fā)生器的簡(jiǎn)介函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)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 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電

3、路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，函數(shù)發(fā)生器的工作原理本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：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(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，

4、抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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。設(shè)計(jì)目的1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法2掌握模擬器件的應(yīng)用3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、三角波；3頻率范圍 ：在10100、K、1K10K范圍內(nèi)可調(diào) ；4輸出電壓：方波V，三角波，正弦波；設(shè)計(jì)所用儀器及器件1直流穩(wěn)壓電源2雙蹤示波器3萬(wàn)用表4運(yùn)放5741底座6電阻、電容若干7三極管8萬(wàn)能板日程安排查資料，方案設(shè)計(jì)一天根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱參考資料，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及

5、可行性論證，確定設(shè)計(jì)方案，畫出詳細(xì)的原理圖。用EDA軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行模擬仿真調(diào)試半天要求在虛擬儀器上觀測(cè)到正確的波形并達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。電路的裝配及調(diào)試兩天半在萬(wàn)能板上對(duì)電路進(jìn)行裝配調(diào)試，使其全面達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，最終通過(guò)驗(yàn)收?？偨Y(jié)撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告一天器件清單1運(yùn)放741 2電位器50K 100K 100 3電容470F 10F 1F F F 4三極管9013 5萬(wàn)能板（16cm12cm） 6741底座7焊錫絲、導(dǎo)線（兩種顏色，各2卷）8電阻10205.18156.82100歐第 二 部 分課程 設(shè)計(jì) 報(bào) 告 目錄1 Multisim軟件簡(jiǎn)介8 TOC o 1-4 h z u HYPERLI

6、NK l _Toc285118832 1.1 Multisim基本概念8 HYPERLINK l _Toc285118833 1.2 Multisim中的測(cè)試儀器和分析功能介紹9 HYPERLINK l _Toc285118834 1.3 EDA介紹9 HYPERLINK l _Toc285118835 2 函數(shù)發(fā)生器的幾種設(shè)計(jì)方法9 HYPERLINK l _Toc285118836 2.1 基于555的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc285118836 h 9 HYPERLINK l _Toc285118837 2.2 基于ICL8038函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l

7、_Toc285118838 2.3 基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l _Toc285118839 3 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)框圖 PAGEREF _Toc285118839 h 12 HYPERLINK l _Toc285118840 4 函數(shù)發(fā)生器工作原理 PAGEREF _Toc285118840 h 13 HYPERLINK l _Toc285118841 函數(shù)發(fā)生器原理圖 PAGEREF _Toc285118841 h 13 HYPERLINK l _Toc285118842 4.2 方波產(chǎn)生電路 PAGEREF _Toc285118842 h 13 HYPERLINK

8、 l _Toc285118843 方波三角波產(chǎn)生電路 PAGEREF _Toc285118843 h 15 HYPERLINK l _Toc285118844 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 PAGEREF _Toc285118844 h 17 HYPERLINK l _Toc285118845 5.電路的參數(shù)選擇及計(jì)算 PAGEREF _Toc285118845 h 19 HYPERLINK l _Toc285118846 三角波正弦波部分 PAGEREF _Toc285118846 h 19 HYPERLINK l _Toc285118847 函數(shù)發(fā)生器的電路圖 PAGEREF _Toc2

9、85118847 h 19 HYPERLINK l _Toc285118848 6.電路仿真 PAGEREF _Toc285118848 h 21 HYPERLINK l _Toc285118849 7 電路的安裝與調(diào)試 PAGEREF _Toc285118849 h 24 HYPERLINK l _Toc285118850 方波三角波發(fā)生器的裝調(diào) PAGEREF _Toc285118850 h 24 HYPERLINK l _Toc285118851 三角波正弦波變換電路的裝調(diào) PAGEREF _Toc285118851 h 24 HYPERLINK l _Toc285118852 性能指標(biāo)

10、測(cè)量與誤差分析 PAGEREF _Toc285118852 h 24 HYPERLINK l _Toc285118853 8 實(shí)物展示及調(diào)試過(guò)程 PAGEREF _Toc285118853 h 259 收獲體會(huì)2510附件一271 Multisim軟件簡(jiǎn)介1.1 Multisim基本概念Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。圖1-1-1 Multisim啟動(dòng)界面工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。M

11、ultisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。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(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)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(jí)SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，

12、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(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。1.2 Multisim中的測(cè)試儀器和分析功能介紹提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動(dòng)作的測(cè)量：Multimeter(萬(wàn)用表)，F(xiàn)unction Generatoer(函數(shù)信號(hào)發(fā)生器)，Wattmeter(瓦特表)，Oscilloscope(示波器)，Bode Plotter(波特儀)，Word Generator(字符發(fā)生器)，Logic Analyzer(邏輯分析儀)，Logic Converter(邏輯轉(zhuǎn)換儀)，Distortion Analye

13、r(失真度儀)，Spectrum Analyzer(頻譜儀)，Network Analyzer(網(wǎng)絡(luò)分析儀)，Measurement Pribe(測(cè)量探針)，F(xiàn)our Channel Oscilloscope(四蹤示波器)，F(xiàn)requency Counter(頻率計(jì)數(shù)器)，IV Analyzer(伏安特性分析儀)，Agilent Simulated Instruments(安捷倫仿真儀器)，Agilent Oscilloscope(安捷倫示波器)，Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器)，Voltmeter(伏特表)，Ammeter(安培表)，Curr

14、ent Probe(電流探針)，Lab VIEW Instrument(Lab VIEW儀器)。Multisimt提供了許多分析功能：DC Operating Point Analysis（直流工作點(diǎn)分析 ），AC Analysis（交流分析），Transient Analysis（瞬態(tài)分析），F(xiàn)ourier Analysis（傅里葉分析），Noise Analysis（噪聲分析），Distortion Analysis（失真度分析），DC Sweep Analysis（直流掃描分析），DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流靈敏度分析），Parameter Sw

15、eep Analysis（參數(shù)掃描分析），Temperature Sweep Analysis（溫度掃描分析），Transfer Function Analysis（傳輸函數(shù)分析），Worst Case Analysis（最差情況分析）， Pole Zero Analysis（零級(jí)分析），Monte Carlo Analysis（蒙特卡羅分析），Trace Width Analysis（線寬分析），Nested Sweep Analysis（嵌套掃描分析），Batched Analysis（批處理分析），User Defined Analysis（用戶自定義分析）。1.3 EDA介紹EDA就是

16、“Electronic Design Automation”的縮寫技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級(jí)設(shè)計(jì)，再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。EDA技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評(píng)估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。2 函數(shù)發(fā)生器的幾種設(shè)計(jì)方法2.1 基于555的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)通過(guò)555定時(shí)器進(jìn)行函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，成本低

17、廉。555定時(shí)器是集模擬電路和數(shù)字電路為一體的中規(guī)模集成電路，只要適當(dāng)配接少量的外圍元件，可以方便的構(gòu)成脈沖產(chǎn)生電路、脈沖變換電路及其它具有定時(shí)功能的電路。設(shè)計(jì)思路為：由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧自激震蕩器得到方波；方波通過(guò)一階RC積分電路得到三角波；三角波再通過(guò)二階RC積分電路得到正弦波。圖2-1-1 555定時(shí)器構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器圖2-1-2 電路仿真波形圖由555定時(shí)器構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器，電路簡(jiǎn)單，成本低廉，如稍許增加正弦波放大電路及幅度調(diào)節(jié)電路，即可構(gòu)成簡(jiǎn)單實(shí)用的信號(hào)源。2.2 基于ICL8038函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)ICL8038的工作頻率范圍在幾赫茲至幾百千赫茲之間，它可以同時(shí)輸出方波（或脈沖波）

18、、三角波、正弦波。其內(nèi)部組成如圖所示。輸出波形頻率可變且精確度高，當(dāng)輸出波形頻率小于10KHz時(shí)，誤差僅為0.8%。圖2-2-1 ICL8038內(nèi)部框圖其中，振蕩電容C由外部接入，它是由內(nèi)部?jī)蓚€(gè)恒流源來(lái)完成充電放電過(guò)程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對(duì)電容器C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動(dòng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來(lái)連續(xù)控制的。當(dāng)觸發(fā)器的狀態(tài)使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓達(dá)到比較器1輸入電壓規(guī)定值的23倍時(shí)，比較器1狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將模擬開(kāi)關(guān)K由B點(diǎn)接到A點(diǎn)。由于恒流源2的工作電流值為2I，是恒流源1的2倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時(shí)間內(nèi)電容器

19、端電壓將線性下降，當(dāng)電容電壓下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的13倍時(shí)，比較器2狀態(tài)改變，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回到原來(lái)的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過(guò)程。在以上基本電路中很容易獲得3種函數(shù)信號(hào)，假如電容器在充電過(guò)程和在放電過(guò)程的時(shí)間常數(shù)相等，而且在電容器充放電時(shí)，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號(hào)由此獲得。由于觸發(fā)器的工作狀態(tài)變化時(shí)間也是由電容電壓的充放電過(guò)程決定的，所以，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生方波函數(shù)信號(hào)，在芯片內(nèi)部，這兩種函數(shù)信號(hào)經(jīng)緩沖器功率放大，并從管腳3和管腳9輸出。圖2-2-2 ICL8038管腳圖圖2-2-2為ICL8038的管腳圖，下面介紹各引腳功能。腳1、12（SineWave

20、Adjust）：正弦波失真度調(diào)節(jié)；腳2（SineWaveOut）：正弦波輸出；腳3（TriangleOut）：三角波輸出；腳4、5（DutyCycleFrequency）：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對(duì)稱調(diào)節(jié)；腳6（V）：正電源10V18V；腳7（FMBias）：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；腳8(FM Sweep)：外部掃描頻率電壓輸入；腳9（SquareWaveOut）：方波輸出，為開(kāi)路結(jié)構(gòu)；腳10（TimingCapacitor）：外接振蕩電容；腳11（V orGND）：負(fù)電原或地；腳13、14（NC）：空腳。圖2-2-3 ICL8038組成的音頻函數(shù)發(fā)生器圖2-2-4 ICL8038函

21、數(shù)發(fā)生器電路通過(guò)調(diào)節(jié)RV2的位置，即可調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器的輸出震蕩頻率的大小圖2-2-5 仿真波形圖2.3 基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)可以以AT89C52單片機(jī)為核心，選用DAC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并輔以必要的模擬電路，設(shè)計(jì)基于AT89C52單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器。該方案的主要思路是采用編程的方法來(lái)產(chǎn)生希望得到的波形，用戶將要輸出的波形預(yù)先儲(chǔ)存在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，在需要某種波形時(shí)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)依次讀出來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波等處理后，輸出該波形信號(hào)。該方案優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)任意波形的信號(hào)容易，可通過(guò)外置按鍵或鍵盤來(lái)設(shè)定所需要產(chǎn)生信號(hào)源的類型和頻率，還可以通過(guò)顯示器顯示波

22、形的相關(guān)信息。不足之處是由于單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)速度有限，當(dāng)產(chǎn)生頻率比較高的信號(hào)時(shí)，輸出波形的質(zhì)量將下降。3 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)目的及框圖函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)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(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊AT89C52)。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)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成

23、三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖圖3-1-1所示：圖3-1-1 函數(shù)發(fā)生器原理框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(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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。4 函數(shù)發(fā)生器工作原理函數(shù)發(fā)生器原理圖圖4-1三角波方波

24、正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路4.2 方波產(chǎn)生電路圖4-2-1所示電路能自動(dòng)產(chǎn)生方波。其電路的工作原理如下：4.2方波產(chǎn)生電路是由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成的。其上下限: （4-2-1） （4-2-2）4.2：（1） 設(shè) uo = + UOM , 則：u+=UT+此時(shí)，輸出給C 充電, uc , 設(shè)uC初始值uC(0+)= 0在 uc UT+ 時(shí)，u- UT+ , 就有 u- u+ , uo 立即由UOM 變成UOM (2) 當(dāng)uo = -UOM 時(shí)，u+=UT-此時(shí)，C 經(jīng)輸出端放電,再反向充電uc，達(dá)到UT-時(shí)，uo上翻，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反轉(zhuǎn)。當(dāng)uo 重新回到UOM 以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變

25、化。方波發(fā)生器生成的方波圖（圖4-2-1）：4.3方波三角波產(chǎn)生電路圖4-3-1所示電路能自動(dòng)產(chǎn)生方波三角波。其電路的工作原理如下：圖4-3-1方波三角波產(chǎn)生電路若放大器A1同相輸入端a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)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(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，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)Uo1=+Vcc,則 （4-3-1）式中

26、RP1指電位器的調(diào)整值（以下同）。將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電位Uia-為 （4-3-2） 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 （4-3-3） 比較器的門限寬度 （4-3-4） 由式（4-3-1）（4-3-4）可得比較器的電壓傳輸特性，如圖4-3-2所示。以及方波-三角波原理圖，如圖4-3-3所示。圖4-3-2 比較器電壓傳輸特 圖4-3-3 方波三角波當(dāng)比較器的門限電壓為 Via+ 時(shí)輸出Vo1為高電平（+Vcc)。這時(shí)積分器開(kāi)始反向積分，三角波Vo2 線性下降。當(dāng)Vo2下降到比較器的下門限 電 位 Via 時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Vo1由高電平跳到低電平。這時(shí)積分器又

27、開(kāi)始正向積分，Vo2線性增加。如此反復(fù)，就可自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。A點(diǎn)斷開(kāi)后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出 （4-3-5） 當(dāng)時(shí)， （4-3-6） 當(dāng)時(shí)， （4-3-7）可見(jiàn)，積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形如圖4-3-3所示。a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波三角波。三角波的幅度 （4-3-8） 方波-三角波的頻率為 （4-3-9） 由式（4-3-8）以及（4-3-9）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(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸

28、出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)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(guò)電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。4.4三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)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(dá)式為： （4-4-1） 式中，差分放大器的恒定電流；，溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25攝氏度

29、時(shí)，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為 （4-4-2） 式中Um三角波的幅度；T三角波的周期。將式（4-3-2）代入式（4-3-1）得 （4-4-3） 用計(jì)算機(jī)對(duì)式（4-4-3）進(jìn)行計(jì)算，打印輸出的ic1(t)或ic2(t)曲線近似于正弦波，則差分放大器的輸出電壓vc1(t)、vc2(t)亦近似于正弦波，波形變換過(guò)程如圖4-4-1所示：圖4-4-1 三角波正弦波變換為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見(jiàn)要求：傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好。三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管截止電壓。圖4-4-2為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻R

30、E2用來(lái)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4-4-2 三角波正弦波變換電路 三角波正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下。由式（4-2-8）得 （5-1-1）取，取，為的電位器。取平衡電阻 由式（4-2-9）得 （5-1-2）當(dāng)時(shí)，取，則，取，為電位器。當(dāng)時(shí) ，?。划?dāng)時(shí) ，取以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，及的取值不變。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?yàn)檩敵鲱l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。歐與歐姆相并聯(lián)

31、，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(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整及電阻確定。5.2函數(shù)發(fā)生器的電路圖函數(shù)發(fā)生器整體電路圖如圖5-2-1所示。圖5-2-1 方波-三角波正弦波變換電路畫出電路圖，并完成仿真，如圖6-1、6-2、6-3分別為方波的三種頻率，6-1-4、6-5、6-6分別為方波、三角波、正弦波的輸出波形。圖6-1 輸出方波（84.7Hz）圖6-2 輸出方波（125Hz）圖6-3 輸出正弦波（1.063kHz）圖6-4 輸出方波（22.2v）圖6-5 輸出三角波（8v）圖6-6 輸出正弦波（4.8v）7 電路的安裝與調(diào)試方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成

32、的,在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。三角波發(fā)生器的裝調(diào)由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K）K內(nèi)的任一值,否則電路可能會(huì)不起振。只要電路接線正確，上電后，UO1的輸出為方波，UO2的輸出為三角波，微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求有，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。正弦波變換電路的裝調(diào)按照?qǐng)D3-3-1所示電路，裝調(diào)三角波正弦波變換電路，其中差分發(fā)大電路可利用課題三設(shè)計(jì)完成的電路。電路的

33、調(diào)試步驟如下。差分放大器傳輸特性曲線調(diào)試。將C4與RP3的連線斷開(kāi)，經(jīng)電容C4輸入的差摸信號(hào)電壓Uid=50v，fi =100Hz正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R*,是傳輸特性曲線對(duì)稱。在逐漸增大Uid。直到傳輸特性曲線形狀入圖4-1-3所示波形，記 下次時(shí)對(duì)應(yīng)的 Uid即Uidm值。移去信號(hào)源，再將C5左段接地，測(cè)量差份放大器的 靜態(tài)工作點(diǎn)I0 、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q 。三角波正弦波變換電路調(diào)試。將RP3與C5連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波俄 輸出幅度（經(jīng)RP3）等于Uidm值，這時(shí)Uo3的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)節(jié)C*7大小可改善輸出波形。如果Uo3的 波形出現(xiàn)以下幾種正弦波失真，則

34、應(yīng)調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的措施如下。鐘形失真：傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小Re2。半波圓定或平頂失真：傳輸特性曲線對(duì)稱性差，靜態(tài)工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*。非線性失真：三角波傳輸特性區(qū)線性度差引起的失真，主要是受到運(yùn)放的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。1）方波輸出電壓Upp=20V，是因?yàn)檫\(yùn)放輸出極有PNP型兩種晶體組成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。2）三角波的輸出電壓U=8V，主要受比較器的門限寬度的限制 3）正弦波的輸出電壓U=4V，為使輸出波形更接近正弦波，要求：傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好。三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管截止電壓。4）最大頻率為f=125HZ,最小頻率為f=7HZ。（其中可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。）8 實(shí)物展示及調(diào)試過(guò)程根據(jù)原理圖制作的作品如下：圖8-1-實(shí)物圖正面圖8-1-2 實(shí)物圖正面圖8-1-2 實(shí)物圖背面9 收獲體會(huì)課程設(shè)計(jì)是繼專業(yè)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后又一重要的實(shí)