課程設(shè)計(jì)-函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

1、<p><b>　　xxxxxx學(xué)校</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書</p><p>　　題 目： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 </p><p>　　課程名稱： 模擬電子技術(shù) </p><p>　　系 部： 電子通信工程 </p><p

2、>　　班 級(jí)： xxxxx </p><p>　　學(xué) 號(hào)： xxxxxxx </p><p>　　姓 名： xxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師： xxxxx </p><

3、;p>　　綜合成績(jī)： </p><p>　　2014年 6 月 25 </p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　要求：設(shè)計(jì)制作一個(gè)方波－三角波－正弦波發(fā)生器，頻率范圍10～100Hz，100 Hz～1 kHz，1 kHz～10 kHz；正弦波Upp≈

4、3v，三角波Upp≈5v，方波Upp≈14v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。</p><p>　　二、題目分析及設(shè)計(jì)方案的論證</p><p>　　題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)三種波形的信號(hào)發(fā)生器，所以需要能夠產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的電路，且頻率振幅都可調(diào)，所以需要頻率調(diào)整電路和幅度調(diào)整電路。根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)出了以下兩種信號(hào)發(fā)生器的方案：</p><p><b>　　信

5、號(hào)發(fā)生器方案一：</b></p><p><b>　　圖1 方案一</b></p><p><b>　　信號(hào)發(fā)生器方案二：</b></p><p><b>　　圖2 方案二</b></p><p>　　比較兩種設(shè)計(jì)方案，由于第一種方案中正弦波發(fā)生電路需滿足|Au|&

6、gt;3，正弦波才能起振，若電壓放大倍數(shù)太大，輸出幅值太大，使振蕩產(chǎn)生明顯的非線性失真，電壓放大倍數(shù)太小，則不能達(dá)到起振條件。所以要調(diào)整Rf和R、的值，使振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號(hào)。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中，正弦波不易調(diào)出。方案二，先使電路產(chǎn)生方波，經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波，再經(jīng)過差分放大電路產(chǎn)生正弦波，這樣使波形易調(diào)，且線性良好，穩(wěn)定性號(hào)，因此選用方案二進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。</p><

7、;p>　　三、系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　1、波形的發(fā)生順序</b></p><p><b>　　\</b></p><p><b>　　2/</b></p><p><b>　　2、方波發(fā)生電路</b></p>

8、<p><b>　　圖3 方波發(fā)生電路</b></p><p>　　此電路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R3對(duì)電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再

9、稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對(duì)電容C反向充電。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　3、方波——三角波發(fā)生電路</p><p>　　圖4 方波—

10、—三角波發(fā)生電路</p><p>　　圖5、方波——三角波發(fā)生電路波形圖</p><p>　　運(yùn)算放大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。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)

11、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</p><p>　　令上式子等于0，Uo1=（-Uo2m），解得三角波的輸出幅度</p><p>　　在積分電路對(duì)Uo1=（-Uo2m）進(jìn)行積分，求得方波和三角波的振蕩頻率為</p><p>　　通過上述的分析與計(jì)算，調(diào)整Rp1可以

12、改變?nèi)遣ǖ姆?，改變電容C1或電位器Rp2在不改變?nèi)遣ǚ档那闆r下使信號(hào)發(fā)生器的頻率連續(xù)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4、三角波——正弦波發(fā)生電路</p><p>　　三角波轉(zhuǎn)化為正弦波利用差分放大電路來實(shí)現(xiàn)。電路如圖5。</p><p>　　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

13、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。</p><p>　　圖6 差分放大電路 </p><p>　　圖7 差分放大電路傳輸特性曲線 </p><p>　　三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。  圖6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

14、路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來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。</p><p>　　5、電路中元器件值的估算</p><p>　　由上述分析可知，取 則，取 ，RP1為47KΩ的電位器。平衡電阻。</p><p>　　由上述分析可知頻率，當(dāng)時(shí)，取以實(shí)現(xiàn)頻率波，則，取，為100KΩ電位器；當(dāng)100

15、HZ<f<1KHZ，取C2=100nf；當(dāng)1KHZ<f<10KHZ，取C2=10nf，以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換。R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。</p><p>　　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。RE2=100歐與RP4=100歐姆相

16、并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R確定。</p><p>　　四、原理電路的仿真與調(diào)試</p><p>　　1、方波——正弦波電路的仿真</p><p>　　圖8 方波——正弦波的仿真圖</p><p>　　圖9方波——正弦波仿真結(jié)果</p><p>　　2

17、、差分放大電路的仿真</p><p>　　圖10 差分放大電路仿真圖</p><p><b>　　3、總電路的仿真</b></p><p>　　圖11 總電路仿真圖</p><p>　　圖12 三角波—正弦波仿真結(jié)果</p><p><b>　　4、電路調(diào)試</b></

18、p><p>　　調(diào)整運(yùn)放工作電壓，使其為8V時(shí)，輸出方波的幅值如圖9通道A所示，滿足方波Upp≈14V；調(diào)節(jié)電位器R8，為總阻值得18%時(shí)，輸出三角波幅值如圖9通道B所示，滿足三角波Upp≈5v；通過調(diào)整電位器R9和撥動(dòng)開關(guān)S1，可以調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的頻率，R9可以改變約20倍，撥動(dòng)開關(guān)接入三個(gè)不同值的電容，分為三檔，每當(dāng)改變10倍頻率。通過改變電位器R10，使其為總阻值得77%時(shí)，輸出的正弦波波形好，如圖12所示。其

19、峰峰值大于要求，再在輸出端加一個(gè)電位器使其幅值可調(diào)，調(diào)整到正弦波Upp≈3V。</p><p><b>　　五、結(jié)論</b></p><p>　　當(dāng)電容接C2=1uf時(shí)，電位器R9調(diào)制最右端，此時(shí)頻率最小約為5Hz；電位器R9調(diào)制最左端，此時(shí)頻率約為100Hz；當(dāng)電容接C2=100nf時(shí)，頻率范圍為50Hz～1kHz；當(dāng)電容接C2=10nf時(shí)，頻率范圍為500Hz～1

20、0KHz。滿足題目頻率要求，且三檔連續(xù)可調(diào)。通過在信號(hào)輸出端接入電位器，可以實(shí)現(xiàn)幅值的連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　經(jīng)過分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算和仿真，利用方案二，最終實(shí)現(xiàn)了課題要求，完成了從方波—三角波—正弦波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且波形較好，頻率和振幅可調(diào)。</p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)

21、結(jié)束了，在這兩個(gè)星期里，通過查閱資料，老師講解，隊(duì)友討論，軟件學(xué)習(xí)與實(shí)踐，讓我學(xué)到了很多。通過這次的課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)課本中的理論知識(shí)有了更加具體的認(rèn)識(shí)，同時(shí)使我初步掌握了仿真軟件的操作和調(diào)試。當(dāng)然在實(shí)驗(yàn)的過程中，也出現(xiàn)了不少的問題，通過查閱資料和詢問老師，在老師耐心的指導(dǎo)下，最終圓滿的完成了課題的設(shè)計(jì)。不過通過仿真實(shí)現(xiàn)的電路都是理想狀態(tài)下的，實(shí)際的器件一定存在著誤差，因此在實(shí)際的操作過程中，我們需要更多的耐心和細(xì)心。</p>