低頻信號源電模課程設(shè)計報告

1、<p>　　《電路與模擬電子技術(shù)》</p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目 低頻信號源 </p><p>　　學院（部） 信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 計算機科學與技術(shù) </p>

2、<p>　　班 級 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　月 日至 月 日 共 周</p><p>　　指導教師（簽字） </p>&

3、lt;p>　　摘 要</p><p>　　函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領(lǐng)域。常用超低頻信號發(fā)生器的輸出只有幾種固定的波形，有方波、三角波、正弦波、鋸齒波等，不能更改信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用LM324振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機。</

4、p><p>　　信號源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號發(fā)生器、矩形脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器和隨機信號發(fā)生器等四大類。低頻信號發(fā)生器用來產(chǎn)生頻率為10Hz～10kHz的信號。除具有電壓輸出外，有的還有功率輸出。所以用途十分廣泛，可用于測試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶，也可用作高頻信號發(fā)生器的外調(diào)制信號源。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多位純硬件搭接而成，且波形有限，多為正弦波

5、，鋸齒波，發(fā)波，三角波等波形，波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可以改變。</p><p>　　· 設(shè)計內(nèi)容及要求</p><p><b>　　1、課題名稱</b></p><p><b>　　低頻信號源</b></p><p><b>　　2、要求<

6、;/b></p><p>　　（1）、各種輸出信號的頻率：10Hz~10kHz，連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　（2）、各種輸出信號的幅度：0~12V，連續(xù)可調(diào)；在負載電阻為60Ω時，輸出信號幅度為6V。</p><p>　　（3）、正弦波輸出信號頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4，非線性失真系數(shù)≤3%。</p><p>　?。?）、方波輸出信號的

7、上升和下降時間≤1μs，平頂降落≤5%，占空比為2%~98%，連續(xù)可調(diào)。</p><p>　?。?）、三角波信號能變換為鋸齒波信號。</p><p>　?。?）、自行設(shè)計并制作滿足本設(shè)計任務(wù)要求的直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　?。?）、用Multisim 對設(shè)計電路進行仿真。</p><p><b>　　3、設(shè)計目的</b

8、></p><p>　?。?）、鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學知識的能力。</p><p>　?。?）、培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析并解決問題的方法。</p><p>　?。?）、通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件;初步掌握簡單實用電

9、路的分析方法和工程設(shè)計方法。</p><p>　?。?）、了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。</p><p>　　（5）、培養(yǎng)嚴肅、認真的工作作風和科學態(tài)度</p><p>　　· 函數(shù)信號發(fā)生器各單元電路的設(shè)計</p>

10、<p>　　1．函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖</p><p><b>　?。?）原理框圖</b></p><p>　　圖1 函數(shù)信號發(fā)生器框圖</p><p>　?。?）函數(shù)發(fā)生器的總方案</p><p>　　低頻信號源一般是指能自動產(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

11、同，有產(chǎn)生三種或多種波形的低頻信號源，使用的器件可以是分立器件（如低頻信號低頻信號源S101全部采用晶體管），也可以采用集成電路(如單片低頻信號源模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波低頻信號源的設(shè)計方法。</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

12、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?。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)計方法，</p><p>　　本課題中低頻信號源發(fā)生電路組成框圖如圖1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完成。差分放大

13、器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，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>　　2. 自制直流穩(wěn)壓電源的電路</p><p>　　自制+12V、-12V直流穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　3. 方波發(fā)生電路的工作原理</p>

14、;<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、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)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=+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，U

15、o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(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　4. 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

16、>　　比較器電壓傳輸特性曲線 方波-三角波波形關(guān)系曲線</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　若a點斷開，運算發(fā)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)。運放的反相端接基準電壓，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

17、高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|），當比較器的U+ = U- =0時，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>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位

18、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>　　由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。</p><p>　　a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分

19、器的輸出Uo2為　</p><p><b>　　時，</b></p><p><b>　　時，</b></p><p>　　可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如圖所示。</p><p>　　a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-

20、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>　?、匐娢黄鱎 在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C 改變頻率的范圍， 實現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　②方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸

21、出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器R 可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　5. 三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　三角波--正弦波變換電路圖</p><p>　　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>　　差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強

22、等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，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式為：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　式中　。</b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p

23、><p>　　——溫度的電壓當量，當室溫為25oc時，UT≈26mV。</p><p>　　如果Uid為三角波，設(shè)表達式為</p><p>　　式中 Um——三角波的幅度；</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

24、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>　　6

25、. 電路的參數(shù)選擇及計算</p><p>　?。?）.方波--三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）</p><p>　　實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時可出來波形）換成0.1uf時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當C2=10uf時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)。</p><p>　　（2）.三角波--正弦波部分<

26、/p><p>　　比較器A1與積分器A2的元件計算如下。</p><p><b>　　由式（3-61）得</b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　取 ，則，取 ，RP1為47KΩ的點位器。區(qū)平衡電阻</p><p><b>　　得</

27、b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　當時，取，則，取，為100KΩ電位器。當時 ，取以實現(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，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多

28、，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)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。</p><p><b>　　7. 總電路圖</b></p><p>　　三角波-方波-正弦波低頻信號源發(fā)生器實驗電路</p><p>　　說明：先通過比較器產(chǎn)

29、生方波，再通過積分器產(chǎn)生三角波，最后通過差分放大器形成正弦波。</p><p>　　· 電路仿真</p><p>　　方波—三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真 如下圖</p><p>　　三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真 如下圖</p><p>　　方波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真 如下圖</p><p&

30、gt;　　方波—三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真 如下圖</p><p>　　· </p><p>　　· 電路的實驗結(jié)果</p><p>　　1. 方波--三角波發(fā)生電路的實驗結(jié)果</p><p>　　2. 三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的實驗結(jié)果</p>

31、<p><b>　　3. 實驗結(jié)果分析</b></p><p><b>　　實驗小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩個星期的課設(shè)實驗，收獲了挺多。這兩周大都是在圖書館或是電腦上花費的，主要是查找實驗相關(guān)的資料并設(shè)計出合理的實驗方案，單就方案設(shè)計就讓人頭疼，不過依靠現(xiàn)在發(fā)達的科技以及圖書館的豐富的資料，終于設(shè)計出了合理的方案。&l

32、t;/p><p>　　這次課設(shè)實驗也感受挺多的，其實整個階段挺快樂，同時讓我明白了只有實踐了，你才能得出正確的答案，而理論，你只能當做參考，理論得到實踐才是真知。</p><p>　　在這次實驗中，總結(jié)了很多感觸體會，我們不能盲目的圖快，一定要在心底</p><p>　　有個具體的譜然后下手去焊接，這樣能讓我們少走彎路，更加節(jié)省時間。實驗中暴露出我們在理論學習中所存在的

33、問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，這次實驗讓我對過去未理解的很多知識有了明了的認識。</p><p>　　此課程的設(shè)計，真的讓我認識到了實踐能力的的重要性與真實性。這能讓我們很好的加深對不知道的理論知識的理解，同時也鞏固了以前知道的知識。明白老師為什么要求我們做好這個課程設(shè)計的原因。這次課程設(shè)計讓我意識到運用所學的知識去解決實際的問題的重要性，我們學理工科的同學應(yīng)更多的鍛煉提高我們的動手能力。這次課程設(shè)計的經(jīng)歷將

34、是作為財富而不僅僅是經(jīng)驗。課程設(shè)計就是將理論知識在實際中驗證，應(yīng)運于實際這才是學習的目的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　高玉良主編．電路與模擬電子技術(shù)（第二版）．北京. 高等教育出版社</p><p>　　林薇 林濤編著．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學出版社，2010</p><p>