模電數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　第一章 設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1.11掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法</p><p>　　1.12掌握模擬IC器件的應(yīng)用</p><p>　　1.13培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力</p><p>　　1

2、.14掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試</p><p>　　1.15 熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)方波——三角波——正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 </p><p>　　1.3課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p>

3、;　　1.31設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　1.32輸出波形：正弦波、方波、三角波；</p><p>　　1.33頻率范圍 ：在100Hz－1KHz，1 KHz-10 KHz范圍內(nèi)可調(diào) ；</p><p>　　1.34輸出電壓：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝6V，正弦波UＰ－Ｐ=1V；方波tr小于1uS。</p><p&

4、gt;　　第二章 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖 </p><p><b>　　2.1 原理框圖</b></p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波

5、形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方

6、波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成如下所示：</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。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

7、直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因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>　　第三章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理</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(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

8、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，如圖中實(shí)線箭頭所示。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(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，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(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-

9、Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖3-2所示的電路能自動(dòng)產(chǎn)生方波—三角波。電路工作原理若下：若a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)放A1與R1、R2及R3、RP3組織成比較器，R1成為平衡電阻，運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，及U_=0，同相端接輸入電壓Uia；比較器的輸出U

10、o1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)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出U01從高電平+Vcc跳到低電平—VEE，或從低電平—VEE跳到高電平+Vcc。設(shè)U01=+Vcc，則</p><p><b>　?。?-2-1）</b></p><p>　　式子中，RP1指的是電位器（以下同）。 </p

11、><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電位</p><p><b>　?。?-2-2）</b></p><p>　　若Uo1=—VEE，則比較器翻轉(zhuǎn)的上門線電位</p><p>　?。?-2-3） </p><p>　　比較器的門限寬度 </p>

12、<p><b>　　(3-2-4)</b></p><p>　　由式子（3-2-1）～(3-2-4)可以得到比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　a點(diǎn)斷開(kāi)后，運(yùn)放A2與R4、RP3、C2、及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波U01，則積分器的輸出&l

13、t;/p><p><b>　　(3-2-5)</b></p><p>　　當(dāng)U01=+Vcc時(shí)， (3-2-6)</p><p>　　當(dāng)U01=-Vcc時(shí)， (3-2-7)</p><p>　　可見(jiàn)積分器輸入方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速

14、率相等的三角波，其波形如圖所示。</p><p>　　圖3-4 方波—三角波波形</p><p>　　當(dāng)a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為</p><p><b>　?。?-2-8）</b></p><p><b>　　方波—三角波的頻率</b&g

15、t;</p><p><b>　?。?-2-9）</b></p><p>　　由式子（3-8）及（3-9）可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　1.電位器RP2在調(diào)整方波—三角波的輸出頻率時(shí)，一般不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍比較寬，則可用C2改變頻率的范圍，RP2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　2．

16、方波的輸出幅度約等于電源電壓+Vcc 。三角波的輸出幅度不超過(guò)電源電壓+Vcc。電位器RP1可以實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波—三角波的頻率。</p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><p>　　——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT≈26mV。</p><p>　　如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為</p><p><b

17、>　?。?-3-3）</b></p><p>　　式中　　Um——三角波的幅度；</p><p>　　T——三角波的周期。</p><p>　　3.4.1方波-三角波部分</p><p>　　運(yùn)放A1與A2用741，因?yàn)榉讲ǖ姆冉咏娫措妷?VCC=+12V,-VEE=-12V.</p><p>　

18、　比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計(jì)算如下。</p><p><b>　　由式 （3-8）得</b></p><p>　　取 ，則R3+RP1=40KΩ，取，RP1為47KΩ的電位器。平衡電阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k，取R1=8.2KΩ</p><p>　　由式（3-2-9）得</p><p>　　即R4+RP

19、2=(R3+RP1)/(4FC2R2)</p><p>　　當(dāng)100Hz≤f≤1kHz時(shí)， 取C2=0.1uF, 則10KΩ<R4+RP2<100KΩ,取R4=1k, RP2=100 k。 當(dāng)1kHz≤f≤10kH時(shí)，取C1=0.01uF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R5=10KΩ。</p><p>　　8.方波-三角波仿真</p>

20、<p>　　4.2.2 三角波—種正弦波失真</p><p>　　4.3 調(diào)試中的注意事項(xiàng)</p><p>　　為了保證效果，必須減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。為此，需注意以下幾點(diǎn)： </p><p>　　(1)正確使用測(cè)量?jī)x器的接地端</p><p>　?。?）測(cè)量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測(cè)處的等效阻抗。因?yàn)?，若測(cè)量

21、儀器輸入阻抗小，則在測(cè)量時(shí)會(huì)引起分流給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)很大的誤差。</p><p>　?。?）儀器的帶寬必須大于被測(cè)電路的帶寬。</p><p>　　(4）用同一臺(tái)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量進(jìn)，測(cè)量點(diǎn)不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。</p><p>　?。?）調(diào)試過(guò)程中，不但要認(rèn)真觀察和測(cè)量，還要記錄。記錄的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)條件，觀察的現(xiàn)象，測(cè)量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大

22、量的可靠實(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，完善設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?。?）調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問(wèn)</p><p>　　題就拆掉線路重新安裝。因?yàn)橹匦掳惭b的線路仍可能存在各種問(wèn)題。我們應(yīng)該認(rèn)真檢查。調(diào)試結(jié)果是否正確，在很大程度上受測(cè)量正確與否和測(cè)量精度的影響。</p><p>　　第五章 課程設(shè)計(jì)

23、總結(jié)</p><p>　　該設(shè)計(jì)電路通過(guò)先產(chǎn)生方波-三角波，，最終艱難而曲折的把簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)了出來(lái)</p><p>　　該設(shè)計(jì)電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形的頻率和幅度都連續(xù)可調(diào)。缺點(diǎn)是在調(diào)節(jié)頻率的過(guò)程中正弦波的幅度會(huì)有所改變，而且波形的穩(wěn)定度和失真度都會(huì)有很大的變化，這也就增加了電路調(diào)節(jié)的難度，在制成PCB板后才突然醒悟在比較器部分應(yīng)該接入一個(gè)加速電容C,用來(lái)加速比較器的翻轉(zhuǎn)。因此而留下了很

24、多遺憾?？傊?，由于知識(shí)的有限，仿真結(jié)果不可避免的和設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生了一定的偏差。</p><p>　　通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的知識(shí)，一方面，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試方法；熟悉了常用的儀器儀表；以及如何提高電路的性能等等。另一方面，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本