電子課程設(shè)計--函數(shù)信號發(fā)生器_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  東北石油大學(xué)</b></p><p>  課 程 設(shè) 計</p><p><b>  2011年日</b></p><p>  東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>  課程 電子技術(shù)課程設(shè)計

2、 </p><p>  題目 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計 </p><p>  專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 姓名 學(xué)號 </p><p><b>  一、主要內(nèi)容:</b></p><p

3、>  1、電路設(shè)計:設(shè)計一個函數(shù)信號發(fā)生器;畫出電路原理圖; 確定元器件及元件參數(shù)。</p><p>  2、電路焊接練習(xí):本次課程設(shè)計需要完成兩個電路焊接任務(wù),電路一,波形發(fā)生器;電路二,收音機電路焊接與安裝。</p><p><b>  二、基本要求:</b></p><p>  1、設(shè)計一個函數(shù)信號發(fā)生器,準(zhǔn)確地理解有關(guān)要求,獨立完

4、成系統(tǒng)設(shè)計,要求所設(shè)計的電路具有以下功能:</p><p>  1)輸出中心頻率在2.5KHZ;</p><p>  2)信號發(fā)生器要求輸出方波、正弦波、三角波,電路供電電源為。</p><p>  3)方波輸出電壓峰—峰值為0~12V連續(xù)可調(diào),占空比可調(diào)范圍30%~70%;</p><p>  4) 要給出電源電路設(shè)計</p>

5、<p>  2、給出設(shè)計方案,畫出設(shè)計電路的電路圖、寫明電路工作原理、有源元件給出芯片介紹。</p><p><b>  三、主要參考資料:</b></p><p>  [1] 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,2001.</p><p>  [2] 馮民昌.模擬集成電路系統(tǒng)[M].中國鐵道出版社,1998.&

6、lt;/p><p>  [3] 趙保經(jīng).中國集成電路大全[M].國防工業(yè)出版社,1985.</p><p>  [4] 王文秀.電子元器件[M].人民郵電出版社,1985.</p><p>  完成期限 2011.7.3—2011.7.12 </p><p>  指導(dǎo)教師 </p><p&

7、gt;  專業(yè)負責(zé)人 </p><p>  2011年 7月 3日</p><p><b>  目錄</b></p><p><b>  第1章 緒論1</b></p><p>  1.1、課題背景1</p><p>  1.2、設(shè)計任

8、務(wù)和要求分析1</p><p>  第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案1</p><p>  2.1、基本原理分析1</p><p>  2.2、設(shè)計方案和論證和原理1</p><p>  第3章 硬件電路設(shè)計3</p><p>  3.1、各分立元器件介紹3</p><p>  3.2、單元

9、電路設(shè)計4</p><p>  3.3、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5</p><p>  第4章 電路焊接練習(xí)6</p><p>  4.1、波形發(fā)生器6</p><p><b>  4.2、收音機7</b></p><p><b>  總結(jié)9</b></p>

10、<p><b>  參考文獻10</b></p><p><b>  第1章 緒論</b></p><p><b>  1.1、課題背景</b></p><p>  在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域,經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器。隨著

11、集成電路的迅速發(fā)展,用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的信號波形器與其它信號波形發(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)都有了很大的提高。</p><p>  信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器,在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波(含方波)、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗

12、和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中,都需要射頻(高頻)發(fā)射,這里的射頻波就是載波,把音頻(低頻)、視頻信號或脈沖信號運載出去,就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi),如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等,都需要功或大或小、頻率或高或低的振蕩器。</p><p>  1.2、設(shè)計任務(wù)和要求分析</p><p>  本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)

13、計一個函數(shù)信號發(fā)生器,畫出電路原理并確定元器件及元件參數(shù)。函數(shù)發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣泛的通用儀器之一。信號發(fā)生器則是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。其中要求輸出中心頻率在2.5KHz,即輸出頻率為2.5KHz;整個系統(tǒng)由三個模塊組成,分別作為方波、三角波、正弦波的輸出,電路供電電源為±12V。將正弦波穩(wěn)頻穏幅放大到一個可編程運放能夠接受的條件,即可實現(xiàn)方波輸出電壓峰—峰值為0~12

14、V連續(xù)可調(diào);占空比是指高電平在一個周期之內(nèi)所占的時間比率,從RC反饋電路中的R入手使其充放電時間不一樣就可實現(xiàn)占空比可調(diào)。</p><p>  第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p>  2.1、基本原理分析</p><p>  本電路通過MAX038內(nèi)部的波形形成器產(chǎn)生要求的波形,在通過一系列元器件和周邊電路使產(chǎn)生的波形達到設(shè)計要求。</p><

15、;p>  2.2、設(shè)計方案和論證和原理</p><p><b>  一、設(shè)計思路</b></p><p>  ①要先產(chǎn)生方波,就必須先用過零比較器和穩(wěn)壓管組成方波產(chǎn)生電路,為調(diào)節(jié)幅值,則用專用的電壓跟隨器(方波容易失真產(chǎn)生紋波)隔離方波產(chǎn)生端,再用電位器接在運放輸出端調(diào)節(jié)電壓輸出幅值。</p><p> ?、诋a(chǎn)生的方波經(jīng)RC積分電路后輸出

16、,得到三角波,為調(diào)節(jié)幅值,則用電壓跟隨器隔離三角波輸出端,再用電位器接在運放輸出端調(diào)節(jié)電壓輸出幅值。</p><p> ?、郛a(chǎn)生的三角波經(jīng)二極管折線近似電路實現(xiàn)三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換,為調(diào)節(jié)幅值,則用電壓跟隨器隔離三角波輸出端,再用電位器接在運放輸出端調(diào)節(jié)電壓輸出幅值。</p><p>  ④通過調(diào)節(jié)RC時間常數(shù)中的C實現(xiàn)頻段間的轉(zhuǎn)換,調(diào)節(jié)R實現(xiàn)連續(xù)改變某一頻段的頻率。</p>

17、<p><b>  二、總體方案框圖</b></p><p>  圖1 總體方案框圖</p><p><b>  三、基本原理</b></p><p>  函數(shù)信號發(fā)生器是一種用來產(chǎn)生特定需要波形信號的裝置,比較常見的有方波、三角波、正弦波和鋸齒波發(fā)生器。本實驗用來產(chǎn)生方波---三角波---正弦波信號。其中:

18、①方波發(fā)生器采用過零比較器與穩(wěn)壓管相結(jié)合,實現(xiàn)輸出幅值為12V的方波;②方波轉(zhuǎn)三角電路是將RC積分電路與運放結(jié)合,實現(xiàn)方波轉(zhuǎn)三角波;③三角波轉(zhuǎn)正弦波電路是通過二極管折線電路實現(xiàn)三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換;④幅值調(diào)節(jié)電路則通過電壓跟隨器實現(xiàn)阻抗變換,隔離輸入級輸出級,再利用電位器調(diào)節(jié)幅值。</p><p>  第3章 硬件電路設(shè)計</p><p>  3.1、各分立元器件介紹</p>

19、<p>  3.1.1、滑動變阻器</p><p>  R7、R8、R9為滑動變阻器,分別接MAX038CPP的7、8、9接口,對R7阻值大小的調(diào)節(jié)控制占空比,對R8、R9的調(diào)節(jié)控制頻率。</p><p><b>  3.1.2、電阻</b></p><p>  在整個電路中對電流起限流作用。</p><p&g

20、t;  3.1.3、整流電橋</p><p>  利用具有單向?qū)щ娦缘奈锢碓瑢⒔涣麟娮儞Q為直流電。 圖2 整流電路圖 </p><p>  3.1.4、MAX038的介紹</p><p>  MAX

21、038頻率高、精度好,被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器IC。其中7號端口的DADJ為占空比調(diào)節(jié)輸入端,8號端口為FADJ為頻率調(diào)節(jié)輸入端。</p><p>  圖3 MAX038內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>  3.1.5、三端穩(wěn)壓塊的介紹</p><p>  LM7812輸出電壓為12V,LM7912輸出電壓為-12V。</p><p> 

22、 3.1.6、AD822AN的介紹</p><p>  AD822AN是FET輸入高保真運算放大器IC,性能十分優(yōu)越,低噪聲10NV/Hz,1kHz時失真率僅為0.0003%,高轉(zhuǎn)換率25V/us,功率帶寬為20MHz。</p><p>  3.2、單元電路設(shè)計</p><p>  3.2.1、信號產(chǎn)生電路</p><p>  對于三角波、方

23、波、正弦波這三種信號,其信號產(chǎn)生電路的核心器件為MAX038CPP,主要有MAX038CPP芯片外加上少量的外部元器件構(gòu)成。</p><p>  圖4 信號產(chǎn)生電路圖</p><p>  3.2.2、幅值控制電路</p><p>  MAX038CPP的各種輸出波形的峰峰值固定為2V,階躍信號的峰峰值固定為1V。為了使信號的幅值更大地滿足任務(wù)要求,可以用放大器對輸

24、出信號進行放大。本電路經(jīng)過輸出放大器AD822AN將MAX038CPP的輸出波形信號進行同相放大。為了輸出不同的電壓,可在運算放大器AD822AN的反相端和輸出端串聯(lián)不同的電阻,來調(diào)節(jié)電壓的幅值。為了濾除噪聲可在每個電阻上并聯(lián)電容,并且要使輸入輸出端的電阻、電容來匹配。</p><p>  圖5 幅值控制電路圖</p><p>  3.2.3、電源電路</p><p&

25、gt;  電源電路比較簡單,電源變壓器的容量為8W,一次繞組接20V交流,二次繞組為7VX2,經(jīng)橋式全波整流后,再由兩只三端集成穩(wěn)壓器LM7812和LM7912變成穩(wěn)定的±12V的直流電壓,供給MAX038CPP和AD822AN。</p><p><b>  圖6 電源電路圖</b></p><p>  3.3、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p>&l

26、t;p>  頻率調(diào)整使用、相配合。輸出波形的選擇由開關(guān)實現(xiàn)。脈沖占空比的調(diào)整由實現(xiàn),調(diào)節(jié)范圍為30%--70%,占空比調(diào)節(jié)對正弦波無效。波形從19腳直接輸出OUT為定壓輸出,由進行調(diào)節(jié)。</p><p>  在放大器方面,根據(jù)虛短虛斷概念,可得輸出電壓,其中是根據(jù)MAX038的19號引腳輸出的電壓經(jīng)滑動變阻器調(diào)節(jié)而定。</p><p><b>  圖7 完整電路圖<

27、/b></p><p>  第4章 電路焊接練習(xí)</p><p><b>  4.1、波形發(fā)生器</b></p><p><b>  一、電路圖</b></p><p>  圖8 頻率與占空比可調(diào)的波形發(fā)生器電路圖</p><p><b>  二、基本原理

28、 </b></p><p>  IC1為閾值檢測器,IC2為積分器,它的輸出為三角波。IC1輸出正向電壓使IC2輸出負向三角波。當(dāng)負向三角波達到某一值時其正反饋量使IC1翻轉(zhuǎn),輸出變?yōu)樨?,從而引起IC2輸出正向三角波。由此周而復(fù)始,IC1的輸入偏置電壓和輸出飽和電壓決定三角波的幅值。IC3為電壓跟隨器,100K電位器提供可變的參考電壓。改變參考電壓可改變比較器輸出脈沖的占空比,而且輸出頻率不變。調(diào)節(jié)1

29、0K的變阻器可改變比較器輸出脈沖頻率。</p><p>  三、焊接情況及總結(jié) </p><p>  本次焊接成功,達到了所需的要求。這次實驗我了解了該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),例如芯片的4引腳和11引腳分別輸入+12V和-12V正弦交流電壓時,輸出的波形為方波,調(diào)節(jié)103可變電阻時,可調(diào)節(jié)方波的周期,即方波的頻率,調(diào)節(jié)105可變電阻可調(diào)節(jié)輸出波形的占空比,使得一部分空間變大,一部分空間變小。此外我

30、在本次實驗中,焊接技術(shù)也有所提高,在整個焊接過程中應(yīng)該謹慎,應(yīng)避免將不相關(guān)的元器件焊在一起使元器件不能正常工作,從而導(dǎo)致實驗失敗。</p><p><b>  4.2、收音機</b></p><p><b>  一、電路圖 </b></p><p>  圖9 收音機原理圖</p><p><

31、b>  二、基本原理 </b></p><p>  收音機是把廣播電臺發(fā)射的無線電波中的音頻信號取出來,加以放大,然后通過揚聲器還原出聲音。具體講:從天線(磁棒具有聚集電磁波磁場的能力,而天線線圈是繞在磁棒上)接收到的許多廣播電臺的高頻信號,通過輸入回路(為并聯(lián)諧振回路,具有選頻作用)選出其中所需要的電臺信號送入變頻級的基極,同時由本機振蕩器產(chǎn)生高頻等幅波信號,它的頻率高于被選電臺載波,也送于變

32、頻級的發(fā)射極,二者通過晶體管be結(jié)的非線性變換,將高頻調(diào)幅波變換成中頻調(diào)幅波信號。在這個變換過程中,被改變的只是已調(diào)幅波載波的頻率,而調(diào)幅波的振幅變化規(guī)律(調(diào)制信號即聲音)并未改變。變換后的中頻信號通過變頻級集電極接的LC并聯(lián)回路選出中頻調(diào)幅信號,被送到中頻放大器放大后,再送入檢波器進行幅度檢波,從而還原出音頻信號,然后通過低頻電壓放大和功率放大,再去推動揚聲器,還原出聲音。</p><p><b> 

33、 三、焊接情況及總結(jié)</b></p><p>  這次焊接收音機的實驗沒有成功。自己后來分析,可能是在焊接各器件時,有的可能虛焊,也有可能在測量電阻的過程中把電阻大小弄錯,導(dǎo)致實驗失敗。但總結(jié)這次的收獲,我認為,本次實驗不僅打打提高了我的動手能力,更讓我對收音機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理有了一定的了解,這對我今后對本專業(yè)的學(xué)習(xí)有一定促進作用。</p><p><b>  總

34、結(jié)</b></p><p>  這次的電子電路設(shè)計的學(xué)習(xí),是對所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科的課本知識的一個實際應(yīng)用,加深了我對改學(xué)科相關(guān)知識的認識,對今后所要學(xué)習(xí)的后續(xù)專業(yè)課程做了鋪墊。</p><p>  在電子技術(shù)課程設(shè)計中,我的任務(wù)是設(shè)計一個函數(shù)信號發(fā)生器。首先是要使用過零比較器與穩(wěn)壓管相結(jié)合產(chǎn)生方波,經(jīng)RC積分電路與運放結(jié)合轉(zhuǎn)換成三角波,再通過二極管折線電路實現(xiàn)三角波到正

35、弦波的轉(zhuǎn)換。該課程設(shè)計用到的都是模電課本里的知識,完成這個設(shè)計后,我不僅在一定程度上了解了本學(xué)科的實際應(yīng)用,而且加深了課本知識的理解。</p><p>  在電路焊接的兩個實驗中,我學(xué)會了基本的焊接技術(shù),并學(xué)到了許多關(guān)于電子產(chǎn)品的相關(guān)知識。例如在收音機的焊接、安裝過程使我知道了電子產(chǎn)品的裝配流程,還學(xué)會了電子元器件的識別及質(zhì)量檢測,知道了整機的裝配工藝。在檢修電路的過程中,有很多錯誤都是可以在第一次做的時候就可以

36、避免的,但由于自己的粗心大意致使焊接的收音機,沒有正常工作。盡管所做好的電子產(chǎn)品不是一次就完成的,但也正是一次次反復(fù)的檢查、修改使我學(xué)到了更多的東西。</p><p>  總的來說在這次的學(xué)習(xí)中,我還是受益匪淺的。電子技術(shù)課程設(shè)計并不是想象那么容易,把理論知識用于的實踐的工程暴露了許多方面的不足,但這也是一個對補充理論知識的一個極佳的契機。接下來的焊接實驗使我體會到實際動手和書本知識上的差別,不僅使我不局限于書本

37、上,而且對我們所學(xué)專業(yè)有了更加深刻的了解。這兩項實踐讓我學(xué)到了很多在課本、課堂上學(xué)不到的東西,打開了視野增長了見識,更重要的是為以后走向工作崗位面向社會提供了一個不斷學(xué)習(xí)、不斷提高自己,在實踐中鍛煉自己的機會。</p><p>  最后對指導(dǎo)老師付出的勞動表示感謝。</p><p><b>  參考文獻</b></p><p>  [1] 童詩

38、白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,2001.</p><p>  [2] 馮民昌.模擬集成電路系統(tǒng)[M].中國鐵道出版社,1998.</p><p>  [3] 趙保經(jīng).中國集成電路大全[M].國防工業(yè)出版社,1985.</p><p>  [4] 王文秀.電子元器件[M].人民郵電出版社,1985.</p><p>  [

39、5].吳運昌,模擬集成電路原理與應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1995</p><p>  [6].謝嘉奎,電子線路 (第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999</p><p>  [7].沈尚賢,電子技術(shù)導(dǎo)論[M].北京:高等教育出版社,1985</p><p>  東北石油大學(xué)課程設(shè)計成績評價表</p><p>  指導(dǎo)教師

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