低频电子线路 课程设计多功能函数发生器.doc

湖南工程学院课 程 设 计课程名称 低频电子线路 课题名称 多功能函数发生器 专 业 电子信息 班 级 0502 学 号 姓 名 指导教师 2007年 01月 7 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 低频电子线路 题 目 多功能函数发生器 专业班级 电子信息0502 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2006 年12 月25日设 计 完成日期 2007 年01 月 7 日 设计内容与设计要求一设计内容设计并制作一个多功能函数发生器，要求：1. 输出波形：正弦波、方波、三角波；2频率范围：10100Hz连续可调；3正弦波幅度1V，失真度小于1.5%；4方波幅值24V；5三角波峰-峰值8V；各种输出波形幅值连续可调。二设计要求1. 设计思路清晰，给出整体设计框图，画出整机原理图；2. 给出具体设计思路，画出单元电路；3. 用软件仿真，给出仿真结果和仿真波形，绘制PCB板图，打印出原理图和PCB图及波形；4. 进行实验调试，验证设计结果；5. 编写设计说明书。主要设计条件1. 提供实验箱或面包板；2. 提供直流电源一台；3. 必要的元器件和导线等；说明书格式1. 课程设计封面；2. 任务书；3. 说明书目录；4. 设计总体思路，基本原理和框图；5. 单元电路设计；6. 仿真结果；7. 实验调试；8. 总结与体会；9. 附录；10. 参考文献；11. 整机原理图；12. PCB板图。进度安排星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；查找资料，确定总体设计方案；单元电路设计，画出整机原理图草图。星期二：在计算机上仿真，打印图纸。星期三：实验调试；星期四：实验调试；星期五：书写设计报告，画整机原理图；答辩。参考文献1. 傳丰林主编. 低频电子线路，高等教育出版社。2. 康华光主编. 电子技术基础，高等教育出版社。3. 阎 石主编. 电子技术基础，清华大学出版社。4. 陈大钦主编. 电子技术基础实验，高等教育出版社。5. 彭介华主编. 电子技术课程设计指导，高等教育出版社。6. 李万臣主编. 模拟电子技术基础实验与课程设计，哈尔滨工程大学出版社7路 勇主编。电子电路实验及仿真，清华大学出版社，北方交通大学出版社。 目录一、设计目的（1）二、单元电路设计 （1）三、设计原理图 （7）四、仿真结果 （8）五、电路调试（9）六、总结（11）七、附录（12） 1、PCB板（12） 2、元件清单（13） 3、整机原理图（14） 设计内容一）、设计目的 1，掌握函数发生器的主要性能。 2，掌握函数发生器的基本测试方法。 3，学会函数发生器的设计。 4，学会函数发生其的调试方法 二）、单元电路设计1）、方波 三角波产生电路图所示的电路能自动产生方波 三角波 ，电路工作原理如下若开关断开，则整个电路呈开环状态。运放A1与R1 R2及 R3 RP1 组成电压比较器，运放的反向端接基准电压，即U-=0，同向端接输入电压Uia，R1为平衡电阻，比较器的输出Uo1的高电平近似等于正电源电压+Ucc，低电平近似等于负电源电压-Uee，当比较器的U+=U-=0时比较器翻转，输出Uol从高电平+Ucc跳到低电平-Uee，或从底电平-Uee跳到高电平+Ucc。设Uo1=+Ucc,则： （1） 将(1)整理,得到比较器翻转的下门限电压Uia为： （2）若Uo1=-Uee，则比较器翻转的上门限电位Uia+ 为： （3）比较器的门限宽度Uh为 （4）由式(1)到(4)，可得到比较器的电压传输特图1：运放A2与R4 RP2 C2 及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1则积分器的输出Uo2为 (5)Uo1 = +Ucc时 (6)Uo1 = -Uee 时 (7)可见积分器输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波， 其波形如图2： A点闭合时 即比较器和积分器形成闭合电路 则自动产生 方波-三角波。三角波的幅度Uo2m为 (8)方波-三角波的频率为 (9)由式(8)及式 (9)可以得出以下结论：1，电位器RP2，在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响到输出波形的幅度。若要求输出的频率范围较宽，可以采用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。2，方波的输出幅值应近似等于电源电压+Ucc，三角波的输出副值应该不超过电源电压+Ucc。电位器RP1可以实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。 2)、三角波正弦波变换电路根据图的组成框图，三角波正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器的设计表明，差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为：, （10）. （11）式中，a=Ic/IE1;I0为差分放大器的恒流源电流；UT为温度的电压当量，当室温为25时，UT26mV。 如果Uid为三角波，设不表达式为 (12)式中，Um为三角波的幅度，T为三角波的周期。将式（12）代入10）或（11），则 (13)利用计算机对式（13）进行计算，打印输出的ic1(t)或ic2(t)曲线近似于正弦波，则差分放大器的单端输出电压Uc1(t) 、 Uc2(t)亦近似于正弦波，从而，实现了三角波正弦波的变换。下图为实现三角波正弦波变换的电路。其中RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3 为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。3）、函数发生器的性能指标 （1）输出波形。正弦波、方波、三角波等。（2）频率范围。函数发生器的输出频率范围10Hz100Hz波段。（3）输出电压。输出电压一般指输出波形的峰-峰值，即。（4）波形特性。表征正弦波特性的参数是非线性失真系数,一般要求3%。表征三角形特性的参数也是非线性失真系数，一般要求2%。表征方波特性的参数是上升时间，一般要求100ns（1kHz,最大输出时）。三），实验设计将两个单元合并即得到设计原理图：再按照单元调试即可。四）、仿真结果 ChannelA(V/Div):2volts , ChannelB(V/Div):1voltsChannelA(V/Div):1volts , ChannelB(V/Div):1volts五）、电路安装与调试技术方波-三角波正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，在安装调试多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。1)、方波-三角波发生器的安装调试1、比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。要主意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要将其调到设计值 例如举例题中，应先使RP1=10k ,RP2取2.57.5之间的任意阻值，否则电路可能不会起振。只要电路接线正确，上电后，Uo1输出为方波，Uo2的输出为三角波，微调RP1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节RP2，则输出频率在对应的波段内连续可变。2）、三角波正弦波变换电路的安装调试1、将C4与RP3连线断开，经电容C4输入差模信号电压Uid=50m V,f i=100Hz的正弦波。调节RP4及电阻R*，使传输特性曲线对称。再逐渐增大Uid，直到传输特性曲线形状如图5-12所示，记下此时对应的Uid，即Uidm值。移去信号源，再将C4左端接地，测量分放大器的静态工作点I0、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q。2、将RP3与C4连接，调节RP3 使三角波的输出幅度经RP3后输出等于Uidm值，这时U03的输出波形应接近正弦波，调整C6大小可改善输出波形。如果U03的波形出现如图5-15所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：1、失真：如图a示，传输特性的线性区太宽，应减小Re2。2、圆顶或平顶失真：如图b示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调电阻R*。3、线性失真：如图c示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。可在输出端加滤波网络(如C6=0.1uf) 改善输出波形。3）、性能指标测量与误差分析1,方波的输出电压Upp<=2Ucc是因为运放输出级由NPN型与PNP型两种晶体管组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。六 ） 总结通过这次设计,我初步掌握了该如何设计函数发生器,根据这次设计,掌握了如何进行基本的信号变换，及实验调试技术. 本次实验先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 在电子绘图中,初步学会了如何用Protel 99和ewb,能够用Protel 99画原理图,对元件封装后,生成原理图网络表, ,在PCB板上载入网络表即完成PCB板上元件的载入，设定好规则后，加上自动布线和手动布线,就生成所需的完整的PCB板图.也能够用ewb对电路进行画图和仿真，生成报表等等，用来分析电路。设计过程中,我掌握了Protel 99和 ewb,加深了对该类课程的理解，能够根据这些知识来进行其他的电子计设。七 附录1）、PCB板2）、元件清单3）、整机原理图电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价设计方案的合理性与创造性硬件制作或软件编程完成情况硬件制作或软件调试结果设计说明书质量设计图纸质量答辩汇报的条理性和独特见解完成任务情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。