畢業(yè)設(shè)計(jì)---帶電源的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課 題 名 稱： 帶電源的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作 </p><p>　　專 業(yè) 班 級： 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：

2、 </p><p>　　二O一 一 年 三 月</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　系 部： 自動(dòng)化系 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 應(yīng)用電子技術(shù) </p>&l

3、t;p>　　學(xué) 生 </p><p>　　二O一一 年 三 月</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖…………………………………5　　 1.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖…………………………………………………5　　 1.2 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)…………………………

4、………………………5 2. 各部分電路設(shè)計(jì)……………………………………………………...6　　 2.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………………6　　 2.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理………………………………7　　 2.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理……………………………10　　 2.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算…………………………………………….13</p><p>　

5、　2.5 總電路……………………………………………………………….15 3. 電路仿真………………………………………………………………...16　　 3.1 方波---三角波發(fā)生電路的仿真……………………………………16　　 3.2三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真………………………………….17</p><p>　　4.實(shí)驗(yàn)總結(jié)…………………………………………………………………18</p>&

6、lt;p>　　5. 儀器儀表明細(xì)清單…………………………………………………...19</p><p>　　6. 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………..20　…</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　函數(shù)發(fā)生器是研究及工程實(shí)踐中重要的儀表之一，在電子工程，通信工程，自動(dòng)控制，測量儀器，儀表和計(jì)

7、算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試過程中，用不同頻率的正弦波，三角波和方波作為信號(hào)源，應(yīng)用十分方便，過去常由分立元件及集成運(yùn)放構(gòu)成振蕩器，分立元件體積大，相對耗能高，故障頻率也高，隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路很快，很方便的構(gòu)成各種信號(hào)的波形發(fā)生器，用集成電路的信號(hào)波形發(fā)生器雨其他信號(hào)波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量，幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有很多的提高。</p><p>　　發(fā)生器根據(jù)用途不同有產(chǎn)生三種和多種波形

8、的發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波，正弦波，三角波的方案有三種，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，通過積分電路后將其變?yōu)槿遣?，也可以產(chǎn)生三角波-方波，再將三角波方波轉(zhuǎn)化為正弦波，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，新材料新器件層出不窮，器件的可選擇性大幅度增加，就是技術(shù)上很成熟的可產(chǎn)生方波，正弦波，三角波的主芯片精密函數(shù)發(fā)生器采用肖特基勢壘二極管等先進(jìn)工藝

9、制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬，我穩(wěn)定度高，精度高易于用等優(yōu)點(diǎn)，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時(shí)產(chǎn)生的方波，正弦波，三角波，其函數(shù)波形的頻率內(nèi)部和外部電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩等波形發(fā)生器。</p><p>　　本系統(tǒng)以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，制作成本較低。適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)測量使用。一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001

10、Hz～30KHz的低失真正弦波、</p><p>　　1．函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖</p><p>　　1.1 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 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管

11、)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。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—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題

12、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>　　1.2電路設(shè)計(jì)原理框</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　通過波形選擇開關(guān)，可輸出對稱方波、占空比可調(diào)的方波、三角波和正弦波</p>

13、<p>　　幾種信號(hào)輸出頻率分五檔連續(xù)可調(diào)，頻率調(diào)節(jié)范圍幾十赫茲到幾十萬赫茲。</p><p>　　輸出信號(hào)的電壓幅值連續(xù)可調(diào)，通過精密的衰減器，使輸出幅值可由幾十毫伏調(diào)到十幾伏，輸出頻率通過數(shù)字頻率計(jì)顯示其信號(hào)頻率大小.</p><p>　　該電路由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，三角波－正弦波轉(zhuǎn)換，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

14、放大器來完成。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><b>　　2、各部分電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 方波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　遲滯

15、比較器和RC負(fù)反饋回路構(gòu)成方波發(fā)生器</p><p>　　方波發(fā)生器如圖5.3-34所示，其電路是由一個(gè)遲滯比較器和一個(gè)RC負(fù)反饋回路構(gòu)成。比較器輸出電壓UO被兩個(gè)特性相同的穩(wěn)壓管限幅，在比較過程中，輸出電壓被穩(wěn)定在正負(fù)UZ（UZ為穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓、下同）而保持恒定。R1、R2為限流電阻，一般為10~100千歐。</p><p>　　電路的工作過程是：電源接通時(shí)刻（T=0），設(shè)C兩端

16、電壓HC=0比較器輸出電壓UO=+，此時(shí)運(yùn)放同相端電壓為</p><p>　　（請將此自己打印出來）</p><p>　　當(dāng)UO=+UZ時(shí)，+UZ通過R向C充電，UC隨時(shí)間按正指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)UC上升到略高于FUZ時(shí)，UO從+UZ跳變?yōu)閁Z。此后，C經(jīng)R放電UC按負(fù)指數(shù)規(guī)律下降。</p><p>　　在C放電期間，U0=-UZ，運(yùn)放同相端電壓為-FUZ。當(dāng)UC下降到

17、略低于-FUZ時(shí)，UO又立刻跳到+UZ，回到初始狀態(tài)如此周而復(fù)始，便有方波輸出。UO及UC的波形見圖5.3-34B。圖中</p><p>　?。ㄕ垖⒋俗约捍蛴〕鰜恚?lt;/p><p>　　所以方波的周期為T0為</p><p>　　（請將此自己打印出來）</p><p>　　由上可以看出，改變R、R3、R4或C，均可改變振蕩頻率。實(shí)用中，R常用

18、電位器代替實(shí)現(xiàn)對頻率的調(diào)節(jié)</p><p>　　2.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　方波—三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　將電路圖用protel99畫后粘貼進(jìn)來</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算發(fā)大器A1與R1

19、、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Via，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)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

20、 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為</p><p>　　若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為</p><p><b>　　比較器的門限寬度</b></p><p>　　由以上公式可得比

21、較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。</p><p>　　a點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為　</p><p><b>　　時(shí)，</b></p><p><b>　　時(shí)，</b></p><p>　　可見積分器的輸入為方波時(shí)

22、，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。</p><p>　　a點(diǎn)閉合，既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>　　方波-三角波的頻率f為</p><p>　　由以上兩式可以得到以下結(jié)論：</p><p>　　電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸

23、出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。</p><p>　　電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　2.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p&g

24、t;　　三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。</p><p>　　將電路圖用protel99畫后粘貼進(jìn)來</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。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：　　　　　　　　　　

25、　　　　　　　　　　　</p><p><b>　　式中　　</b></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>　　如果為Uid三角波，設(shè)表達(dá)式為</p><p>　　式中　　Um——三角波的幅度；

26、</p><p>　　T——三角波的周期。</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：</p><p>　　傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；</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)。</p><p>　　圖為實(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，Rp

27、2調(diào)整電路的對稱性，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>　　三角波—正弦波變換電路</p><p>　　將電路圖用protel99畫后粘貼進(jìn)來</p><p>　　還有三部分沒有設(shè)計(jì)——功放部分、數(shù)字頻率計(jì)部分和電路中需要的±15V的直流電源。請把它補(bǔ)上

28、！</p><p>　　因?yàn)檩敵鲂盘?hào)功率小，帶不了負(fù)載，需增加功率放大器；產(chǎn)生的信號(hào)頻率大小有頻率計(jì)顯示；電路需要直流電源。</p><p>　　2.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算</p><p>　　1.方波-三角波中電容C1變化</p><p>　　實(shí)物連線中，我們一開始很長時(shí)間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時(shí)可出來波形）換成0.1uf時(shí)

29、，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.三角波-正弦波部分</p><p>　　比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下。</p><p><b>　　由式（3-61）得</b></p><p><b>　　即</b></

30、p><p>　　取 ，則，取 ，RP1為47KΩ的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻</p><p><b>　　由式（3-62）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，取，則，取，為100KΩ電位器。當(dāng)時(shí) ，取以實(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&

31、gt;<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歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。</p><p><b>　　2.5

32、總電路</b></p><p>　　電路圖中的電阻，用我們常用的符號(hào)！</p><p><b>　　3． 電路仿真</b></p><p>　　3.1 方波---三角波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　3.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真</p><p>　　請將文檔中所有圖編號(hào)

33、說明！</p><p><b>　　4.實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　通過本篇論文的設(shè)計(jì)有線路簡單，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號(hào)質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。時(shí)至今日，幾個(gè)禮拜的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可以畫上一個(gè)句號(hào)了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中呀！沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)

34、只是對這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)（這是我以前的一種想法），但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面、太偏激了。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。</p><p>　　為期一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這一星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；

35、以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在接好電路后測試出波形的那種喜悅。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過程中，我們遇到了不少的問題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學(xué)的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啊。實(shí)驗(yàn)中暴露出我們在理論學(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識(shí)還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭

36、其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)在令我感動(dòng)。</p><p>　　還有就是在實(shí)驗(yàn)中，好多同學(xué)被電烙鐵燙傷了，這不得不讓我想起安全問題，所以在以后的實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)該注意安全，讓不必要的傷害減至最少。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，我們通過查閱大量相關(guān)資料及向指導(dǎo)教師請教，使我們所學(xué)的知識(shí)得到鞏固，又學(xué)到了不少新的知識(shí)，也經(jīng)歷許多艱辛。設(shè)計(jì)期間我們每天圍著圖板轉(zhuǎn)，吃飯、睡覺都在想怎樣解決

37、遇到的困難及問題，收獲頗多。畢業(yè)設(shè)計(jì)不但培養(yǎng)了我們獨(dú)立完成任務(wù)的能力，樹立了克服和戰(zhàn)勝困難的信心，而且大大提高了我們獨(dú)立思考的能力，使我們充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過程中，探索的艱難和成功的喜悅?！　⊥ㄟ^本次設(shè)計(jì)我們深深體會(huì)到任何理論如果沒有在實(shí)踐中得到應(yīng)用，那它只是一些零亂的文字而已。這次設(shè)計(jì)使我們懂得了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性；也讓我們意識(shí)到拓寬知識(shí)面，培養(yǎng)思維創(chuàng)新能力的重要性；當(dāng)然團(tuán)隊(duì)合作精神也很重要。我們只有通過不斷的學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中鍛

38、煉才能提高自己的能力。</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。我還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。還有值得我們自豪的一點(diǎn)就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術(shù)啊，最后用一句話來結(jié)束吧。</p><p

39、>　　“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”與君共勉。</p><p><b>　　5．儀器儀表清單</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)所用儀器及器件</b></p><p>　　1．直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)</p><p>　　2．示波器 1臺(tái)</p>

40、;<p>　　3．萬 用 表 1只</p><p>　　4．運(yùn) 放741 1片</p><p>　　5．電位器50K 2只 </p><p>　　100K 1只</p><p>　　100Ω 1只</p>

41、<p>　　6．電阻 510 1只</p><p>　　510 1只</p><p>　　600 1只 </p><p>　　510 1只</p><p>　　510 1只</p>

42、<p>　　7. 開關(guān) 2個(gè)</p><p>　　7．功放 1個(gè)</p><p>　　8．面　包　板 1塊</p><p>　　9．剪　　　刀　　　　　?。卑?lt;/p><p>　　10．儀器探頭線 2根</p

43、><p>　　11．電 源 線 4根</p><p><b>　　6、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　（1）《模擬電子技術(shù)》（出版社不限）蘇士美（2007年）</p><p>　?。?）《數(shù)字電子技術(shù)》（出版社不限）趙軍（2009.3）</p><p>　?。?）《電子

44、電路大全》（郵電出版社）</p><p>　　（4）《電子實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)訓(xùn)教程》（機(jī)械出版社）</p><p>　　（5）《電子線路課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（高等教育出版社）</p><p>　?。?）《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（電子工業(yè)出版）</p><p>　?。?）《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽試題精解選》 （電子出版社）</p><p>