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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 《EDA技術(shù)》考查報(bào)告</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 1.電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析…………………………………(2)</p><p> 1.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖……………………………………………(2)</p><p> 1.2 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)……………………………
2、……………(2)</p><p> 2.單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)確定……………………………………… (3)</p><p> 2.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………(3)</p><p> 2.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理…………………… (3)</p><p> 2.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理……
3、…………… (6) </p><p> 2.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算…………………………………… (8)</p><p> 2.5 總電路圖……………………………………………………(9)</p><p> 3.設(shè)計(jì)驗(yàn)證………………………………………………………… (10)</p><p> 3.1 電路的調(diào)試……………………………………
4、………………(10)</p><p> 3.2 方波---三角波發(fā)生電路的仿真……………………………(11) </p><p> 3.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真…………………………(12)</p><p> 4.課程設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………………… (13)</p><p> 附錄:元器件明細(xì)清單……
5、……………………………………(14)</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 一、電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析</p><p> 1.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖</p><p><b> 圖1-1</b></p><p> 1.2 電路方案設(shè)計(jì)</p>
6、;<p> (1)采用滯回比較器產(chǎn)生方波;</p><p> ?。?)采用積分器將方波轉(zhuǎn)換成三角波;</p><p> ?。?)采用差分放大器將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。</p><p> 二、單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)確定</p><p> 2.1、方波發(fā)生電路的工作原理:</p><p> 此電路由反相輸入
7、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。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
8、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-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> 圖2-1 方波產(chǎn)生電路</p><p> 2.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理:</p><p><b> 圖2-2
9、-1</b></p><p> 圖2-2-1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U01從高電
10、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> (2-2-1)</b></p><p> 式子中,RP1指的是電位器(以下同)。 </p><p> 將上式整理,得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電位</p><p><b> ?。?-2-2)<
11、;/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><p><b> (2-2-4)</b></p><p> 由式子(2-2-1)~(2-2-4
12、)可以得到比較器的電壓傳輸特性,如圖所示。</p><p><b> 圖2-2-2</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</p><p><b> (2-2-5)</b></p><p> 當(dāng)U01=
13、+Vcc時(shí), (2-2-6)</p><p> 當(dāng)U01=-Vcc時(shí), (2-2-7)</p><p> 可見(jiàn)積分器輸入方波時(shí),輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波,其波形如圖所示。</p><p><b> 圖2-2-3</b></p>
14、<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></p><p><b> ?。?-2-9)</b></p>&l
15、t;p> 由式子(2-2-8)及(2-2-9)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.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 </p><p> 電壓+V
16、cc。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> 2.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來(lái)完成。</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
17、非線性。分析表明,傳輸特性曲線的表達(dá)式為: </p><p><b> (2-3-1) </b></p><p><b> (2-3-2)</b></p><p><b> 式中</b></p><p> ——差分放大器的恒定電流;</p><p&g
18、t; ——溫度的電壓當(dāng)量,當(dāng)室溫為25oc時(shí),UT≈26mV。</p><p> 圖2-3-1 三角波—正弦波變換電路</p><p> 2-3-2三角波-正弦波轉(zhuǎn)換傳輸特性曲線</p><p> 為使輸出波形更接近正弦波,由圖2-3-2可見(jiàn):</p><p> 傳輸特性曲線越對(duì)稱,線性區(qū)越窄越好;</p><p
19、> 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Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度,Rp4調(diào)整電路的對(duì)稱性,其并聯(lián)電阻RE2用來(lái)減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容,C6為濾波電容,以濾除諧波分波形量,改善輸出</p><p> 2.4電路的參數(shù)選擇與計(jì)算</p><p> 2.4
20、.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> 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 (2-8)得</b></p><p> 取 ,則R3+RP1=40KΩ,取,RP1為47
21、KΩ的電位器。平衡電阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k,取R1=8.2KΩ</p><p> 由式(2-2-9)得</p><p> 即R4+RP2=(R3+RP1)/(4FC2R2)</p><p> 當(dāng)100Hz≤f≤1kHz時(shí), 取C2=0.1uF, 則10KΩ<R4+RP2<100KΩ,取R4=1kΩ, </p><
22、;p> RP2=100 kΩ。 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</p><p> 及RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10KΩ。</p><p> 2.4.2三角波—>正弦波部分</p><p> ?。?)差分放大器元件參數(shù)確定</p><p> 取RC1=RC2=10 KΩ,
23、RB1=RB2=6.8 KΩ,取I0=1.1mA, 而</p><p> I0=(RE4/RE3)IREF (2-4-1)</p><p> IREF=VEE-UBE/(RE4+R)=12-0.7/RE4+R
24、 (2-4-2)</p><p> 取RE4=R=20 KΩ,代入(2-4-2),得IREF=0.28 mA,將IREF=0.28 mA代入(2-4-1),得RE3=5 KΩ</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率不是很大,取C3=47uF,C4=C5=470uF,濾波電容視輸出的波形而定,若含高次斜波
25、成分較多,可取得較小,一般為幾十皮法至</p><p> 0.1微法。這里取C6=0.1Uf, RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián),以減小差分放大</p><p> 器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線,調(diào)整RP4及電</p><p><b> 阻R確定.</b></p><p><
26、;b> 2.5總電路圖:</b></p><p> 圖2-5方波-三角波-正弦波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路</p><p> ?。ㄖ饕悸罚合韧ㄟ^(guò)比較器產(chǎn)生方波,再通過(guò)積分器產(chǎn)生三角波,最后通過(guò)差分放大器形成正弦波。</p><p><b> 三、設(shè)計(jì)驗(yàn)證</b></p><p><b> 3.
27、1電路的調(diào)試</b></p><p> 1方波—三角波發(fā)生器的調(diào)試</p><p> 比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路,同時(shí)輸出方波和正弦波,A1輸出為方波,A2輸出為三角波,微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率連續(xù)可變。</p><p> 2 三角波—正弦波變換的調(diào)試</p><p&g
28、t; 1)差分放大器傳輸傳輸特性曲線調(diào)試。將C4與RP3的連線斷開(kāi),經(jīng)電容C4輸入差模信號(hào)電壓uid=50mV,fi=10kHz的正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R,使傳輸特性曲線對(duì)稱。再逐漸增大uid,直到傳輸特曲線形狀如圖2-3-2所示,記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的uid,即uidm值。移去信號(hào)源,再將C4左端接地,測(cè)量差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Io、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q。 </p><p> 2)三角波-正弦波
29、變換電路的調(diào)試。將RP3與C4連接,調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng)由RP3 后輸出等于uidm值,這時(shí)U03的輸出波形應(yīng)接近正弦波,調(diào)整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖3-1-1所示的幾種正弦波失真,則應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù),產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有:</p><p> ?、夔娦问д妫喝鐖D3-1-1(a)所示,傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬,應(yīng)減小RE2。</p><p&
30、gt; ②半波圓頂或平頂失真: 如圖3-1-1(b)如示,傳輸特性曲線對(duì)稱性差,工作點(diǎn)Q偏上或偏下,應(yīng)調(diào)整電阻R。</p><p> ③非線性失真:如圖圖3-1-1(c)所示,三角波的線性度較差引起的失真,主要受運(yùn)放性能的影響??稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)(如C6=100pF)改善輸出波形。</p><p> 圖3-1-1 幾種正弦波失真</p><p> 3.
31、2 方波---三角波發(fā)生電路的仿真</p><p> 3.3三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真</p><p> 第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p> 該設(shè)計(jì)電路通過(guò)先產(chǎn)生方波-三角波,再將三角波變換成正弦波,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
32、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)。因此而留下了很多遺憾。總之,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
33、;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(shū)本上的知識(shí),明白了學(xué)以致用的真諦。</p><p><b> 附錄 </b></p><p><b> 元器件明細(xì)清單</b><
34、/p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]童詩(shī)白主編 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)》.北京:高教出版社, 2001</p><p> [2]李萬(wàn)臣主編 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計(jì)》.哈爾濱工程大學(xué)出版社,2001</p><p> [3]胡宴如主編 《模擬電子技術(shù)》. 北京. 高等教育出版社
35、,2000</p><p> [4]康華光 《電子技術(shù)基礎(chǔ)--模擬部分(第四版)》.高等教育出版社 , 1998</p><p> [5]謝自美 《電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試(第二版)》.華中科技大學(xué)出版社, 2000</p><p> [6]《電子電路大全(合定本)》 中國(guó)計(jì)量出版社. 1991</p><p> [7]郝鴻安主編
36、 《常用模擬集成電路手冊(cè)》.人民郵電出版社 1991</p><p> [8]蔣黎紅主編 《模電數(shù)電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及Multisim 7仿真》.浙江大學(xué)出版社, 2007</p><p> [9]程開(kāi)明主編 《模擬電子技術(shù)》.重慶大學(xué)出版社,1995 </p><p> [10]黃培根主編 《Multisim 10 計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室》.電子工業(yè)出版社,2008
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