函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

PAGEPAGE1《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器姓名：學(xué)號(hào)：系別：專業(yè)：年級(jí)：指導(dǎo)教師：年月日函數(shù)信號(hào)發(fā)生器摘要利用集成電路LM324設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)所需技術(shù)參數(shù)的各種波形發(fā)生電路。根據(jù)電壓比較器可以產(chǎn)生方波，方波再繼續(xù)經(jīng)過(guò)基本積分電路可產(chǎn)生三角波，三角波經(jīng)過(guò)低通濾波可以產(chǎn)生正弦波。經(jīng)測(cè)試，所設(shè)計(jì)波形發(fā)生電路產(chǎn)生的波形與要求大致相符。關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器；集成運(yùn)放；RC充放電回路；滯回比較器；積分電路目錄TOC\o"1-2"\h\z\u中文摘要 11.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41.1設(shè)計(jì)指標(biāo) 41.2方案論證與比較 42.單元電路設(shè)計(jì) 52.1方波的設(shè)計(jì) 52.2三角波的設(shè)計(jì) 82.3正弦波的設(shè)計(jì) 103．參數(shù)選擇 113.1方波電路的元件參數(shù)選擇 114．結(jié)果分析 115．工作總結(jié) 126．附錄 121.系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)1.1.1電源特性參數(shù)①輸入：雙電源12V②輸出：正弦波>1V，方波≈12V，三角波≈5V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。1.1.2工作頻率工作頻率范圍：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ1.2方案論證與比較1.2.1方案1：采用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生要求的波形主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的,通過(guò)RC文氏電橋可產(chǎn)生正弦波，通過(guò)滯回比較器能調(diào)出方波,并再次通過(guò)積分電路就可以調(diào)試出三角波，此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能，電路較簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，是一個(gè)優(yōu)秀的可實(shí)現(xiàn)的方案。1.2.2方案2：采用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生要求的波形主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324,其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的,通過(guò)電壓比較器可以形成方波,方波經(jīng)過(guò)積分之后可以形成三角波,三角波再經(jīng)過(guò)低通濾波可以形成正弦波,此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能,電路較簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,相比第一方案,其操作成功率較低.2.單元電路設(shè)計(jì)2.1方波的設(shè)計(jì)2.1.1原理圖2.1.2工作原理矩形波發(fā)生電壓只有兩種狀態(tài),不是高電平,就是低電平,所以電壓比較器是它的重要成分;因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩,就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換,所以電路中必須引入反饋,因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定時(shí)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(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間.圖所示的矩形波放生電路,它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(guò)RC充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換.設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，反相輸入端電位隨時(shí)間t增長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)t趨近于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo就從+Uz躍變?yōu)椤猆z，與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)椤猆t。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，或者說(shuō)放電。反相輸入端電位Un隨時(shí)間t增長(zhǎng)而逐漸降低，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于—Uz；但是，一旦Un=—Ut,再稍減小，Uo就從—Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up從—Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正向充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。圖2.3滯回比較器的電壓傳輸特性圖2.4方波發(fā)生電路的波形2.3三角波的設(shè)計(jì)2.2.1原理圖圖2.3三角波發(fā)生電路原2.4三角波發(fā)生電路的波形圖2.2.2工作原理積分電路是一種運(yùn)用較為廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微分方程的模擬，同時(shí)在控制和測(cè)量2.6方波-三角波發(fā)生電路波形圖系統(tǒng)中，積分電路也有著廣泛運(yùn)用，利用其充放電過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)，定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生.積分電路還可用于延時(shí)和定時(shí)。在圖2.3所示三角波發(fā)生電路圖中，將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算電路的輸出就得到三角波電壓。.(式2.10)(式2.11)式中為初始狀態(tài)時(shí)的輸出電壓。設(shè)初始狀態(tài)時(shí)正好從-躍變?yōu)?，則式2.10應(yīng)寫成(式2.12)積分電路反向積分,隨時(shí)間的增長(zhǎng)線性下降，根據(jù)圖2.4所示電壓傳輸特性，一旦，再稍減小，將從+躍變?yōu)?。使得式2.10變?yōu)?式2.13)為產(chǎn)生躍變時(shí)的輸出電壓。積分電路正向積分，隨時(shí)間的增長(zhǎng)線性增大，根據(jù)圖2.3的電壓傳輸特性，一旦，再稍增大,將從-躍變?yōu)?，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。2.3正弦波的設(shè)計(jì)2.3.1工作原理采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡(jiǎn)單的二階低通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加RC環(huán)節(jié)，可以使濾波器的過(guò)渡帶變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。輸出三角波。三角波再經(jīng)R10、C1積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似的正弦波?？偟脑韴D3．參數(shù)選擇3.1方波電路的元件參數(shù)選擇3.2.1穩(wěn)壓管由于要求方波輸出電壓約等于12V，所以采用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓約等于6V，所以應(yīng)采用6.2V的穩(wěn)壓管兩支。電容庫(kù)房里可以提供0.1uF的電容，所以電路里都采用0.1uF的電容，電阻頻率范圍是10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ,根據(jù)公式f=R2/(4*R1*R3*C)取R1=2KR2=5KR3=100RW1=5KRw2=100K經(jīng)過(guò)公式計(jì)算后得到接近的電阻阻值，再把數(shù)據(jù)代入到仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)整，得到正確的波形圖和數(shù)值。4.結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)先所設(shè)定的參數(shù)存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數(shù)有關(guān)，在電子仿真軟件中的電阻參數(shù)在庫(kù)房里沒有相吻合的參數(shù)，其次在實(shí)驗(yàn)焊接過(guò)程中也可導(dǎo)致誤差，庫(kù)房所提供的電阻其本身誤差較大，綜合各方面的考慮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差不可避免，而制作出來(lái)的電路板所能出現(xiàn)的波形，在一定程度上會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。5.工作總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。動(dòng)手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué)到的模電知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。但由于電路比較簡(jiǎn)單、定型，而不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以我們基本上能有章可循，完成起來(lái)并不困難。把過(guò)去熟悉的定型分析、定量計(jì)算逐步，元器件選擇等手段結(jié)合起來(lái)，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。這對(duì)今后從事技術(shù)工作無(wú)疑是個(gè)啟蒙訓(xùn)練。通過(guò)這種綜合訓(xùn)練，我們可以掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法，提高動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn)