《模拟电子技术基础》课程设计说明书信号发生器.doc

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1、目 录摘要IAbstractII1 绪论12 设计内容及要求22.1设计的目的及主要任务22.1.1设计的目的22.1.2设计任务22.1.3设计要求22.2设计思想23 设计原理及单元模块设计33.1 设计原理及方法33.2 单元模块设计33.2.1方波发生电路的工作原理33.2.2方波-三角波转换电路的工作原理33.2.3正弦波产生电路53.2.4 总体电路图74 单元模块的仿真及分析84.1方波三角波的仿真84.2 正弦波的仿真95 硬件调试105.1调试方波三角波产生电路105.2调试三角波正弦波变换电路105.3总电路的安装与调试105.4调试中遇到的问题及解决的方法105.4.1方

2、波-三角波发生器的装调105.4.2三角波-正弦波变换电路的装调116 心得体会12参考文献13附录：元件清单14 摘要信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。采用集成运放和分立元件相结合的方式，利用迟滞比较器电路产生方波信号，以及充分利用差分电路进行电路转换，从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。通过对电路分析，确定了元器件的参数，并利用Multisim软件仿真电路的理想输出结果，克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题，使得设计的低频信号发生器结构简单，实现方便。关键词：信号发生器；方波信号；电路仿真；迟滞比

3、较器AbstractSignal generators are widely used in electronic engineering, communications engineering, automatic control, telemetry control, measuring instruments, meters, and computers and other technical fields. Using an integrated operational amplifier, and a combination of discrete components, using

4、 hysteresis comparator circuit produces square wave signals, as well as make full use of differential circuits circuit, enabling a design to transform a triangle wave, sine wave, square wave signal generator simple . Through the circuit analysis to determine the parameters of the components, and use

5、 Multisim circuit simulation software, the ideal output to overcome the low-frequency signal generator circuit design that exist in technical difficulties, making the design of the low-frequency signal generator structure is simple and easy to achieve.1 绪论产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方

6、波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。本课题中函数发生器电路组成框图如下所示

7、：由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。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。2 设计内容及要求2.1设计的目的及主要任务2.1.1设计的目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟IC器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4掌握常用元器件的识别和测试 5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法2.1.2设计任务根据已知条件，完成对方波三角波正弦波

8、发生器的设计、装配与调试。2.1.3设计要求 频率范围10100Hz，100 Hz1KHz，1 KHz10 KHz；正弦波Upp3V，幅度连续可调，线性失真小。三角波Upp5V，幅度连续可调，线性失真小。方波Upp14V，幅度连续可调，线性失真小。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。2.2设计思想信号发生器电路由运算放大器电路及分立元件构成，它利用比较器产生方波输出；方波通过积分产生三角波输出。利用差分放大电路实现三角波-正弦波的变换。三种

9、波形具有相同的频率，由方波的频率决定。3 设计原理及单元模块设计3.1 设计原理及方法图1函数发生器原理框图3.2 单元模块设计3.2.1方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电

10、，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。3.2.2方波-三角波转换电路的工作原理 图2 方波-三角波产生电路方波部分与三角波部分的参数确定如下： 根据性能指标可知，由T=4 /()=1/f可见，f与C成正比，若要得到l0100 Hz输出，C=1F；若要得到1001000 Hz输出，C=0.1F。此时，R4+Rp2=7575 k，若取R4=51 k，则Rp2=2.4 k或者Rp2=699 k，因为Rp2=100

11、k时，V三角=R2/(R3+Rp1)V方波 根据输出的三角形幅值5 V和输出的方波幅值14 V，若有：R2(R3+Rp1)14=5R2(R3+Rp1)=514时，R2=10 k，则有Rp1=47 k，R3=20 k。根据方波的上升时间为2 ms，可以选择741型号的运放。由此可得调整电阻为：3.2.3正弦波产生电路图 3三角波产生电路三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。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，可以有效的抑制零点漂移，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

12、线的表达式为： 式中差分放大器的恒定电流；温度的电压当量，当室温为25oc时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为 式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3）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。 图4 差分放大器实现三角波-正弦波转换三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3

13、、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。3.2.4 总体电路图 图5整体电路图4 单元模块的仿真及分析4.1方波三角波的仿真图6正弦波仿真图图7 三角波仿真图4.2 正弦波的仿真 图8正弦波仿真图5 硬件调试5.1调试方波三角波产生电路1. 接入电源后，用示波器进行双踪观察；2. 调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；3. 调节RP2，微调波形的频率；4.

14、观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。5.2调试三角波正弦波变换电路1. 接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2. 测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；3. 测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4. 在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压；5.3总电路的安装与调试1. 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察2. 针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。5.4调试中遇到的问题及解决的方法方波-三角波-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组

15、成的,在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。5.4.1方波-三角波发生器的装调由于比较器A1与积分器A2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。需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10K,RP2取（2.5-70）K内的任一值,否则电路可能会不起振。只要电路接线正确，上电后，UO1的输出为方波，UO2的输出为三角波，微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求有，调节RP2，则输出频率在对应波段内连续可变。5.4.2三角波-正弦波变换电路的装调 按照图375所示电路，装调三角波正弦波变

16、换电路，其中差分发大电路可利用课题三设计完成的电路。电路的 调试步骤如下。（1）经电容C4输入差摸信号电压Uid=50v，Fi =100Hz正弦波。调节Rp4及电阻R*,是传输特性曲线对称。在逐渐增大Uid。直到传输特性曲线形状入图373所示，记 下次时对应的 Uid即Uidm值。移去信号源，再将C4左段接地，测量差份放大器的 静态工作点I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.(2) Rp3与C4连接，调节Rp3使三角波俄 输出幅度经Rp3等于Uidm值，这时Uo3的 输出波形应 接近 正弦波，调节C6大小可改善输出波形。如果Uo3的 波形出现如图376所示的 几种正弦波失真，则应调节和改善参

17、数，产生是真的 原因及采取的措施有；1）钟形失真 如图（a）所示，传输特性曲线的 线性区太宽，应减小Re2。2）半波圆定或平顶失真 如图（b）所示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*.3）非线性失真 如图（C）所示，三角波传输特性区线性度 差引起的失真，主要是受到运放的影响。可在输出端加滤波网络改善输出波形。（3）性能指标测量与误差分析 1）放波输出电压Upp=2Vcc是因为运放输出极有PNP型两种晶体组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饮和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。2）方波的上升时间T，主要受预算放大器的限制。如果输出频率的

18、 限制。 6 心得体会为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，

19、讲解知识点，实在令我感动。还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，让不必要的伤害减至最少。虽然这几天很辛苦，但是学习的乐趣是无穷的。我坚信我总会有收获的。 参考文献1 吴友宇主编。模拟电子技术基础。清华大学出版社，20092 童诗白主编模拟电子技术基础（第三版）北京：高教出版社， 20013 李万臣主编模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社，2001.34 胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京. 高等教育出版社，20005 高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002.2附录：元件清单名称序号型号参数数量电阻电容111111电位器47k100k4k100k111集成功放ICuA7412