模電數(shù)電課程設計

1、<p>　　第一章 設計的目的及任務</p><p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　1.11掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法</p><p>　　1.12掌握模擬IC器件的應用</p><p>　　1.13培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力</p><p>　　1

2、.14掌握常用元器件的識別和測試</p><p>　　1.15 熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法</p><p><b>　　1.2設計任務</b></p><p>　　設計方波——三角波——正弦波函數(shù)信號發(fā)生器 </p><p>　　1.3課程設計的要求及技術指標</p><p>

3、;　　1.31設計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　1.32輸出波形：正弦波、方波、三角波；</p><p>　　1.33頻率范圍 ：在100Hz－1KHz，1 KHz-10 KHz范圍內(nèi)可調(diào) ；</p><p>　　1.34輸出電壓：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝6V，正弦波UＰ－Ｐ=1V；方波tr小于1uS。</p><p&

4、gt;　　第二章 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖 </p><p><b>　　2.1 原理框圖</b></p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2.2 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產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波

5、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，也可以采用集成電路。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術，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—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。</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

6、波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。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計方法，</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成如下所示：</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

7、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>　　第三章 單元電路設計</p><p>　　3.1 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(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。

8、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=+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-

9、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>　　方波---三角波轉換電路的工作原理</p><p>　　圖3-2所示的電路能自動產(chǎn)生方波—三角波。電路工作原理若下：若a點斷開，運放A1與R1、R2及R3、RP3組織成比較器，R1成為平衡電阻，運放的反相端接基準電壓，及U_=0，同相端接輸入電壓Uia；比較器的輸出U

10、o1的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，輸出U01從高電平+Vcc跳到低電平—VEE，或從低電平—VEE跳到高電平+Vcc。設U01=+Vcc，則</p><p><b>　?。?-2-1）</b></p><p>　　式子中，RP1指的是電位器（以下同）。 </p

11、><p>　　將上式整理，得比較器翻轉的下門限電位</p><p><b>　?。?-2-2）</b></p><p>　　若Uo1=—VEE，則比較器翻轉的上門線電位</p><p>　?。?-2-3） </p><p>　　比較器的門限寬度 </p>

12、<p><b>　　(3-2-4)</b></p><p>　　由式子（3-2-1）～(3-2-4)可以得到比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　a點斷開后，運放A2與R4、RP3、C2、及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波U01，則積分器的輸出&l

13、t;/p><p><b>　　(3-2-5)</b></p><p>　　當U01=+Vcc時， (3-2-6)</p><p>　　當U01=-Vcc時， (3-2-7)</p><p>　　可見積分器輸入方波時，輸出是一個上升速率與下降速

14、率相等的三角波，其波形如圖所示。</p><p>　　圖3-4 方波—三角波波形</p><p>　　當a點閉合，即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-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&g

15、t;</p><p><b>　?。?-2-9）</b></p><p>　　由式子（3-8）及（3-9）可以得出以下結論：</p><p>　　1.電位器RP2在調(diào)整方波—三角波的輸出頻率時，一般不會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實現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　2．

16、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電源電壓+Vcc。電位器RP1可以實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波—三角波的頻率。</p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><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，設表達式為</p><p><b

17、>　　（3-3-3）</b></p><p>　　式中　　Um——三角波的幅度；</p><p>　　T——三角波的周期。</p><p>　　3.4.1方波-三角波部分</p><p>　　運放A1與A2用741，因為方波的幅度接近電源電壓+VCC=+12V,-VEE=-12V.</p><p>　

18、　比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下。</p><p><b>　　由式 （3-8）得</b></p><p>　　取 ，則R3+RP1=40KΩ，取，RP1為47KΩ的電位器。平衡電阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k，取R1=8.2KΩ</p><p>　　由式（3-2-9）得</p><p>　　即R4+RP

19、2=(R3+RP1)/(4FC2R2)</p><p>　　當100Hz≤f≤1kHz時， 取C2=0.1uF, 則10KΩ<R4+RP2<100KΩ,取R4=1k, RP2=100 k。 當1kHz≤f≤10kH時，取C1=0.01uF以實現(xiàn)頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10KΩ。</p><p>　　8.方波-三角波仿真</p>

20、<p>　　4.2.2 三角波—種正弦波失真</p><p>　　4.3 調(diào)試中的注意事項</p><p>　　為了保證效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點： </p><p>　　(1)正確使用測量儀器的接地端</p><p>　　（2）測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。因為，若測量

21、儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結果帶來很大的誤差。</p><p>　?。?）儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。</p><p>　　(4）用同一臺測量儀進行測量進，測量點不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。</p><p>　?。?）調(diào)試過程中，不但要認真觀察和測量，還要記錄。記錄的內(nèi)容包括實驗條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關系等。只有有了大

22、量的可靠實驗記錄并與理論結果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設計上的問題，完善設計方案。</p><p>　?。?）調(diào)試時出現(xiàn)故障，要認真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問</p><p>　　題就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題。我們應該認真檢查。調(diào)試結果是否正確，在很大程度上受測量正確與否和測量精度的影響。</p><p>　　第五章 課程設計

23、總結</p><p>　　該設計電路通過先產(chǎn)生方波-三角波，，最終艱難而曲折的把簡易信號發(fā)生器設計了出來</p><p>　　該設計電路的優(yōu)點是輸出波形的頻率和幅度都連續(xù)可調(diào)。缺點是在調(diào)節(jié)頻率的過程中正弦波的幅度會有所改變，而且波形的穩(wěn)定度和失真度都會有很大的變化，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該接入一個加速電容C,用來加速比較器的翻轉。因此而留下了很

24、多遺憾?？傊捎谥R的有限，仿真結果不可避免的和設計要求產(chǎn)生了一定的偏差。</p><p>　　通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設計，我學到了很多的知識，一方面，我掌握了常用元件的識別和測試方法；熟悉了常用的儀器儀表；以及如何提高電路的性能等等。另一方面，我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本