电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书函数发生器的设计.doc

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1、目 录 摘要摘要 Abstract 1绪论绪论1 2 设计目的及任务设计目的及任务2 2.1 课程设计的目的 2 2.2 课程设计的任务 2 2.3 课程设计的要求和指标 2 3 设计总原理和各部分电路设计设计总原理和各部分电路设计3 3.1 设计总原理3 3.2 方波发生电路的工作原理3 3.3 方波-三角波转换电路的工作原理3 3.4 三角波-正弦波转换电路的工作原理 5 3.5 总电路图7 4 电路仿真电路仿真8 4.1 方波-三角波发生电路的仿真8 4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真9 5 电路的安电路的安装与调试装与调试 10 5.1 方波-三角波发生电路的安装与调试10 5.2

2、三角波-正弦波转换电路的安装与调试10 5.3 总电路的安装与调试11 6 实验总结实验总结12 7 参考文献参考文献13 摘摘 要要 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。该设计可产生低于10 Hz

3、 的各波形输出，并已应用于实验操作。关键词关键词：信号发生器；方波信号；电路仿真；迟滞比较器 Abstract Signal 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 com

4、bination of discrete components,using 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 parame

5、ters of the components,and use 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.The design can gener

6、ate various waveforms below 10 Hz output,and has been used in experimental operations.Key wordsKey words:signal generator;square wave signal;circuit simulation;hsteresis comparator 1.绪论绪论 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也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课

7、题采用有集成运算放大器与晶体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。具体方法是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。现代社会的电子科技技术日新月异，这就要求我们有独立思考、理论联系实际、勇于创新的能力。此次模电课程设计为我们提供了良好的实践平台，也为我们走向社会奠定了良好的基础。通过此次设计，我们

8、能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、焊接电路板、独立思考的能力。希望自己能够充分利用此次机会，更加深刻的了解课本上的知识以及培养自己的动手能力。2课程设计的目的和设计的任务 2.1 设计目的设计目的 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 2.2 设计任务设计任务 设计方波三角波正弦波函数信号发生器 2.3 课程设计的要求及技术指标课程设计的要求及技术指标 1设计、组装、调试函数发生器 2输出波形：正弦波、

9、方波、三角波；3频率范围：在 1010000Hz 范围内可调；4输出电压：方波 U14V，三角波 U5V，正弦波 U3V；3.设计总原理和设计总原理和各部分电路设计各部分电路设计 3.1 设计总原理设计总原理 方波一三角波一正弦波信号发生器电路由运算放大器电路及分立元件构成，其结构如图 1所示。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。图 1 三种波形变换示意图 3.2 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

10、=+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，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。1 3.3 方波-三角波转换电路的工作原理 图 2

11、 成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。运算放大器 U2与电阻 Rp2及电容构成积分电路，用于将 U1电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。2 图 2 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，由可见，f 与 C 成反比，若要得到 l10 Hz输出，C=10F；若要得到 10100 Hz 输出，C=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 k 时 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

12、，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 R1=R2/(R3+Rp1)10k R5=(R4+Rp2)10k 3.4 3.4 三角波三角波-正弦波转换电路的工作原理正弦波转换电路的工作原理 产生电路如图 3 示。由于选取差分放大电路对三角波一正弦波进行变换，选择KSP2222A 型的管。图 3 根据 KsP2222A 的静态特性曲线，选取静态工作区的中心静态电流和电压分别为：4 因为静态工作点已经确定，所以静态电流变成已知。根据 KVL 方程可计算出电流源中各个电阻值的大小：为使输出波形更接近正弦波，由图可见：

13、5（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 Rp3调节三角波的幅度，Rp4调整电路的对称性，其并联电阻 R9用来减小差分放大器的线性区。电容 C3,C4,C5为隔直电容，C6为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。图 4 三角波正弦波变换 3.5 总电路图总电路图 图 5 4电路仿真电路仿真 4.1 方波方波-三角波发三角波发生电路的仿真生电路的仿真 图 6 图 7 图 8 4.2 三角波三角波-正弦波转换电路的仿真正弦波转换电路的仿真 图 9 5 5.实验的安装与调试实验的安装与调试 5

14、.1 5.1 方波方波-三角波发生电路的安装与调试三角波发生电路的安装与调试 1)按装方波按装方波三角波产生电路三角波产生电路(1)把两块 741 集成块插入面包板，注意布局；（2）分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；（3）按图接线，注意直流源的正负及接地端。2）调试方波调试方波三角波产生电路三角波产生电路（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；3）观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。5.2 5.2 三角波三角波-正弦波转换电路的安装与调试正弦波转换

15、电路的安装与调试 1）按装三角波按装三角波正弦波变换电路正弦波变换电路 1.在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；2.搭生成直流源电路，注意 R 的阻值选取；3.接入各电容及电位器，注意 C6的选取；4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。2）调试三角波调试三角波正弦波变换电路正弦波变换电路 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

16、.3 5.3 总电路的安装与调试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。6.实验总结 本学期我们开设了模拟电路课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业也都有联系，且都是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期模电刚学完之际，紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。过这段时间不懈的努力与切实追求，我们小组终于做完了课程设

17、计。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。在实验过程中，我们也遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。还有就是焊接实物的问题，我们以为很简单，但其实很复杂，要对焊板上的元件进行 布置和焊接电路元件连线，这有很大的难度。在此期间，除了对元件较好的焊接外，还要考虑电路元件间的影响（即元件之间信号的干扰等问题），还要考虑元件连线的不相交以及焊板面积的大小、元件摆放和连线的美观性等，所以想要焊出一块实用又美观的板子，还要经过一番考虑和布置。但是最后在自己的不断努力下，把问题一一解决了，那种心情别提

18、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。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。作为一个电子专业的学生，我深知课程设计的重要性。这次实习我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本了解了一个电路元件是如何构成的，还有以前看的集成板上让人难琢磨的电路焊接图我都可以看懂一些了，其中的电路仿真也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。我们顺利完成了这周的模拟电子的课程设计。这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！7.参考文献参考文献 1童诗白模拟电子技术基础（第三版）北京：高教出版社，2001 年 2李万臣模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社，2001.3 年 3胡宴如.模拟电子技术.北京.高等教育出版社，2000 年 4康华光.电子技术基础（模拟部分）（第四版）高等教育出版社，1999 年 5沈尚贤.电子技术导论（下册）.高等教育出版社，1986 年