模擬電子技術課程設計---函數信號發(fā)生器設計

1、<p>　　模擬電子技術課程設計報告</p><p>　　課 程 名 稱 模擬電子技術基礎 </p><p>　　設 計 題 目 函數信號發(fā)生器設計 </p><p>　　所學專業(yè)名稱 電氣信息類 </p><p>

2、　　班 級 </p><p>　　學 號 </p><p>　　學 生 姓 名 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>

3、　　2012年12 月20 日</p><p>　　模擬電子技術課程設計</p><p><b>　　任 務 書</b></p><p>　　設計（論文）名稱： 函數信號發(fā)生器的設計 </p><p>　　一、課程設計應達到的目的：</p><p>　　1

4、．掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法</p><p>　　2．掌握模擬IC器件的應用</p><p>　　3．培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力</p><p>　　4．掌握常用元器件的識別和測試</p><p>　　5．熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法</p><p>　　二、課程設計任務和基本要求</p>

5、<p><b>　　設計任務：</b></p><p>　　設計方波、三角波、正弦波函數信號發(fā)生器</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1．方波：要求分別設計出頻率可調和占空比可調電路</p><p>　　2．三角波：正常起振，并且幅度和頻率一定范圍內可

6、調</p><p>　　3．正弦波：正常起振，并且幅度和頻率一定范圍內可調</p><p>　　函數信號發(fā)生器的設計</p><p>　　1 方波（占空比可調）函數信號發(fā)生器 </p><p>　　1.1方波（占空比可調）函數信號發(fā)生器波應用意義</p><p>　　方波信號是一種應用極為廣泛的信號，它在科學研究、工

7、程教育及生產實踐中的使用非常普遍。它通常作為為標準信號，應用于電子電路的性能試驗或參數測量。另外，在許多測試儀中也需要用標準的方波信號檢測一些物理量。所以研究多諧振蕩方波發(fā)生器具有非常重要的現實意義。</p><p>　　1.2方波（占空比可調）函數信號發(fā)生器要求及技術</p><p>　　調節(jié)Rw電阻器可以看出其占空比的大概范圍在20%—80%間，可知也是達到了要的占空比范圍。</

8、p><p>　　1.3 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)，又作為反饋網絡，通過RC充、放電實現輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=

9、+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，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。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。</p><p>　　通過對方波發(fā)生電路的分析，可以想象，與改變輸出電壓的占

10、空比，就必須使電容正向和反向充電的時間常數不同，即兩個充電的參數不同。利用二極管的單向導電性可以引導電流流經不同的通路。</p><p>　　當u。=±Uz時，U。通過Rw1、D1和R3對電容C正向充電，若忽略二極管導通時的等效電阻時間常數為（Rw1/Rw2+R3)C由此表明改變電位器的滑動端可用改變占空比，但周期不變。占空比為（Rw1+R3）/(Rw2+2R3)</p><p>

11、;　　1.4原理框圖 見下圖（1）</p><p>　　2 . 方波（頻率可調）函數信號發(fā)生器 </p><p><b>　　圖（1）</b></p><p>　　2.1方波（頻率可調）函數信號發(fā)生器主要參數</p><p>　　電路中電容正向充電與反向充電的時間常數均為RC，而且充電的總幅值也相等，因而在一個周期

12、內U0=+Uz的時間與U0=Uz的時間相等，U0為對稱方波，電容上電壓U0是占空比為1/2的矩形波。根據電容上電壓波形可知，在二分之一周期內，電容充電的起始值為-Ut，終了值失+Ut時間常數是R3C有三要素罰求出振蕩頻率周期T=2R3Cln（1+2R1/R2) .</p><p>　　震蕩頻率為f=1/T根據上式調節(jié)R1、R2、R3和電容的C的數值可以改變電路的震蕩頻率。即調節(jié)滑動變阻器可以調節(jié)振蕩頻率了。<

13、;/p><p>　　2. 2方波（頻率可調）函數信號發(fā)生器 設計思想</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)，又作為反饋網絡，通過RC充、放電實現輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+U

14、z；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，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。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。</p><p><b>　　2.3原理框圖&

15、lt;/b></p><p><b>　　圖（2）</b></p><p>　　3三角波（正常起振，并且幅度和頻率一定范圍內可調）</p><p>　　3.1電路組成和說明 </p><p>　　將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓。當方波發(fā)生電路的輸出電壓U01=+Uz時，積分運算電路的輸

16、出電壓U0將下降，而當U01=-Uz失U0將上升。由于電路中存在RC電路和積分電路兩個延遲環(huán)節(jié)，在實際電路中去掉方波發(fā)生電路中的RC回路，使積分電路的輸出互為另一個電路的輸入，RC回路充電方向與后者積分電路方向相反，故為了滿足極性的需要，滯回比較器改為同向輸入。</p><p><b>　　3.2工作原理</b></p><p>　　如圖（3）左邊為 同向輸入滯回比較

17、器，右邊為積分運算電路。圖中滯回比較器的輸出電壓U01=±Uz，它的輸入電壓是積分電路的輸出電壓U0,根據疊加原理求得閾值電壓Ut又因為積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓U01,而且U01不是+Uz就是-Uz.求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素</p><p>　　UOH =－UOL =UZ ，uI作用于集成運放的同相輸入端，求 </p><p>　　合閘通電，通

18、常C 上電壓為0。設uO1↑→ uP1↑→ uO1↑↑，直至uO1 ＝ UZ（第一暫態(tài)）；積分電路反向積分，t↑→ uO↓，一旦uO過－ UT ，uO1從＋ UZ躍變?yōu)椋?UZ （第二暫態(tài)） 。</p><p>　　積分電路正向積分，t↑→ uO↑， 一旦uO過＋ UT ， uO1從 － UZ躍變?yōu)椋?UZ ，返回第一暫態(tài)。重復上述過程，產生周期性的變化，即振蕩。 由以上分析可知，U0是三角波，幅值大小為Ut；U

19、01是方波，幅值是Uz。由于積分電路引入了深度負反饋，所以在負載電阻相當大的變化范圍里，三角波電壓幾乎不變。有波形可知，正向積分的起始值為-Ut，終了值失+Ut，積分時間為二分之一周期得出`震蕩周期為T=(4R1R3C)/R2</p><p>　　Ut=(R1/R2)Uz。有以上二式可知將R1換做滑動變阻器即可調節(jié)頻率和幅值。</p><p><b>　　3.3原理框圖</

20、b></p><p><b>　　圖（3）</b></p><p>　　4正弦波信號發(fā)生部分　</p><p><b>　　4.1.正弦波部分</b></p><p>　　用文氏橋電路,電路由放大電路、選頻網絡、正反饋網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個部分組成。

21、 </p><p>　　放大電路應具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅決定于選頻網絡，因此通常選用引入電壓串聯負反饋的放大電路。正反饋網絡的反饋電壓Uf是同相比例運算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例系數是電壓放

22、大倍數，根據起振條件和幅值平衡條件有</p><p>　　Rf2R1 </p><p>　　且振蕩產生正弦波頻率</p><p>　　正弦波電路參數設計：由于RC橋式振蕩的振蕩頻率是由RC網絡決定的，因此選擇RC的 </p><p>　　值時，應把已知的振蕩頻率作為主要依據。同時，為了使選頻網絡的特性不受集成放大器</p>

23、<p>　　輸入和輸出電阻的影響，選擇R時還應考慮R應該遠遠大于集成遠放的輸出電阻，并且要</p><p>　　遠遠小于集成遠放的輸入電阻。根據已知條件，由fo =1/（2πRC）可以計算電容的值，</p><p>　　實際應用時要選擇穩(wěn)定性好的電阻和電容。R1和Rf的值可以由起振條件來確定，通常取Rf=2.1R1，這樣可以保證起振又不會使輸出波形嚴重失真。</p>

24、;<p>　　因為0.2KHz < <20KHz 得R。又因Rf2R1取Rf=2.1R1 可得R1=。設計R要考慮失調電流及其漂移影響，應該取R=R1//Rf。綜合上述兩個條件可以算出R1的值為11.7～11.7K，則Rf應為24.49～24.49K。實際應用時應當調節(jié)這兩個電阻的值使其滿足要求。</p><p><b>　　4.2工作原理圖</b></p&

25、gt;<p><b>　　圖（4） </b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]模擬電子技術基礎第四版第八章</p><p>　　[2] 天津大學模擬電子技術應用</p><p>　　各種波形電路產生波形</p><p>