畢業(yè)設計---帶電源的函數(shù)發(fā)生器的設計與制作

1、<p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p>　　課 題 名 稱： 帶電源的函數(shù)發(fā)生器的設計與制作 </p><p>　　專 業(yè) 班 級： 應用電子技術 </p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　指 導 教 師：

2、 </p><p>　　二O一 一 年 三 月</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　系 部： 自動化系 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 應用電子技術 </p>&l

3、t;p>　　學 生 </p><p>　　二O一一 年 三 月</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖…………………………………5　　 1.1 電路設計原理框圖…………………………………………………5　　 1.2 電路設計方案設計…………………………

4、………………………5 2. 各部分電路設計……………………………………………………...6　　 2.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………………6　　 2.2 方波---三角波轉換電路的工作原理………………………………7　　 2.3 三角波---正弦波轉換電路的工作原理……………………………10　　 2.4電路的參數(shù)選擇及計算…………………………………………….13</p><p>　

5、　2.5 總電路……………………………………………………………….15 3. 電路仿真………………………………………………………………...16　　 3.1 方波---三角波發(fā)生電路的仿真……………………………………16　　 3.2三角波---正弦波轉換電路的仿真………………………………….17</p><p>　　4.實驗總結…………………………………………………………………18</p>&

6、lt;p>　　5. 儀器儀表明細清單…………………………………………………...19</p><p>　　6. 參考文獻………………………………………………………………..20　…</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　函數(shù)發(fā)生器是研究及工程實踐中重要的儀表之一，在電子工程，通信工程，自動控制，測量儀器，儀表和計

7、算機等技術領域系統(tǒng)設計及調試過程中，用不同頻率的正弦波，三角波和方波作為信號源，應用十分方便，過去常由分立元件及集成運放構成振蕩器，分立元件體積大，相對耗能高，故障頻率也高，隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路很快，很方便的構成各種信號的波形發(fā)生器，用集成電路的信號波形發(fā)生器雨其他信號波形發(fā)生器相比，其波形質量，幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標，都有很多的提高。</p><p>　　發(fā)生器根據(jù)用途不同有產(chǎn)生三種和多種波形

8、的發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波，正弦波，三角波的方案有三種，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波某種確定的函數(shù)關系，再通過整形電路將正弦波轉化為方波，通過積分電路后將其變?yōu)槿遣?，也可以產(chǎn)生三角波-方波，再將三角波方波轉化為正弦波，隨著電子技術的迅速發(fā)展，新材料新器件層出不窮，器件的可選擇性大幅度增加，就是技術上很成熟的可產(chǎn)生方波，正弦波，三角波的主芯片精密函數(shù)發(fā)生器采用肖特基勢壘二極管等先進工藝

9、制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬，我穩(wěn)定度高，精度高易于用等優(yōu)點，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產(chǎn)生的方波，正弦波，三角波，其函數(shù)波形的頻率內部和外部電壓控制，可被應用于壓控振蕩等波形發(fā)生器。</p><p>　　本系統(tǒng)以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學生學習電子技術測量使用。一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001

10、Hz～30KHz的低失真正弦波、</p><p>　　1．函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖</p><p>　　1.1 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 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管

11、)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，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

12、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>　　1.2電路設計原理框</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　通過波形選擇開關，可輸出對稱方波、占空比可調的方波、三角波和正弦波</p>

13、<p>　　幾種信號輸出頻率分五檔連續(xù)可調，頻率調節(jié)范圍幾十赫茲到幾十萬赫茲。</p><p>　　輸出信號的電壓幅值連續(xù)可調，通過精密的衰減器，使輸出幅值可由幾十毫伏調到十幾伏，輸出頻率通過數(shù)字頻率計顯示其信號頻率大小.</p><p>　　該電路由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，三角波－正弦波轉換，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

14、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><b>　　2、各部分電路設計</b></p><p>　　2.1 方波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　遲滯

15、比較器和RC負反饋回路構成方波發(fā)生器</p><p>　　方波發(fā)生器如圖5.3-34所示，其電路是由一個遲滯比較器和一個RC負反饋回路構成。比較器輸出電壓UO被兩個特性相同的穩(wěn)壓管限幅，在比較過程中，輸出電壓被穩(wěn)定在正負UZ（UZ為穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓、下同）而保持恒定。R1、R2為限流電阻，一般為10~100千歐。</p><p>　　電路的工作過程是：電源接通時刻（T=0），設C兩端

16、電壓HC=0比較器輸出電壓UO=+，此時運放同相端電壓為</p><p>　　（請將此自己打印出來）</p><p>　　當UO=+UZ時，+UZ通過R向C充電，UC隨時間按正指數(shù)規(guī)律上升，當UC上升到略高于FUZ時，UO從+UZ跳變?yōu)閁Z。此后，C經(jīng)R放電UC按負指數(shù)規(guī)律下降。</p><p>　　在C放電期間，U0=-UZ，運放同相端電壓為-FUZ。當UC下降到

17、略低于-FUZ時，UO又立刻跳到+UZ，回到初始狀態(tài)如此周而復始，便有方波輸出。UO及UC的波形見圖5.3-34B。圖中</p><p>　?。ㄕ垖⒋俗约捍蛴〕鰜恚?lt;/p><p>　　所以方波的周期為T0為</p><p>　　（請將此自己打印出來）</p><p>　　由上可以看出，改變R、R3、R4或C，均可改變振蕩頻率。實用中，R常用

18、電位器代替實現(xiàn)對頻率的調節(jié)</p><p>　　2.2 方波---三角波轉換電路的工作原理</p><p>　　方波—三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　將電路圖用protel99畫后粘貼進來</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

19、、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。運放的反相端接基準電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Via，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉，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Uo1=+Vcc,則

20、 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉的下門限單位Uia-為</p><p>　　若Uo1=-Vee,則比較器翻轉的上門限電位Uia+為</p><p><b>　　比較器的門限寬度</b></p><p>　　由以上公式可得比

21、較器的電壓傳輸特性，如圖3-71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

22、，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系下圖所示。</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-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論：</p><p>　　電位器RP2在調整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸

23、出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調。</p><p>　　方波的輸出幅度應等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+Vcc。</p><p>　　電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調，但會影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　2.3 三角波---正弦波轉換電路的工作原理</p><p&g

24、t;　　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>　　將電路圖用protel99畫后粘貼進來</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：　　　　　　　　　　

25、　　　　　　　　　　　</p><p><b>　　式中　　</b></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>　　如果為Uid三角波，設表達式為</p><p>　　式中　　Um——三角波的幅度；

26、</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調節(jié)三角波的幅度，Rp

27、2調整電路的對稱性，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>　　三角波—正弦波變換電路</p><p>　　將電路圖用protel99畫后粘貼進來</p><p>　　還有三部分沒有設計——功放部分、數(shù)字頻率計部分和電路中需要的±15V的直流電源。請把它補上

28、！</p><p>　　因為輸出信號功率小，帶不了負載，需增加功率放大器；產(chǎn)生的信號頻率大小有頻率計顯示；電路需要直流電源。</p><p>　　2.4電路的參數(shù)選擇及計算</p><p>　　1.方波-三角波中電容C1變化</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

29、，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</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></

30、p><p>　　取 ，則，取 ，RP1為47KΩ的點位器。區(qū)平衡電阻</p><p><b>　　由式（3-62）</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)頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。</p&

31、gt;<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，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，調整RP4及電阻R*確定。</p><p><b>　　2.5

32、總電路</b></p><p>　　電路圖中的電阻，用我們常用的符號！</p><p><b>　　3． 電路仿真</b></p><p>　　3.1 方波---三角波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　3.2 三角波---正弦波轉換電路的仿真</p><p>　　請將文檔中所有圖編號

33、說明！</p><p><b>　　4.實驗總結</b></p><p>　　通過本篇論文的設計有線路簡單，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟實用。時至今日，幾個禮拜的畢業(yè)設計終于可以畫上一個句號了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中呀！沒有接受任務以前覺得畢業(yè)設計

34、只是對這幾年來所學知識的單純總結（這是我以前的一種想法），但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面、太偏激了。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。</p><p>　　為期一個星期的課程設計已經(jīng)結束，在這一星期的學習、設計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；

35、以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　其次，這次課程設計提高了我的團隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅。</p><p>　　在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啊。實驗中暴露出我們在理論學習中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭

36、其煩地為我們調整波形，講解知識點，實在令我感動。</p><p>　　還有就是在實驗中，好多同學被電烙鐵燙傷了，這不得不讓我想起安全問題，所以在以后的實驗中我們應該注意安全，讓不必要的傷害減至最少。</p><p>　　在設計過程中，我們通過查閱大量相關資料及向指導教師請教，使我們所學的知識得到鞏固，又學到了不少新的知識，也經(jīng)歷許多艱辛。設計期間我們每天圍著圖板轉，吃飯、睡覺都在想怎樣解決

37、遇到的困難及問題，收獲頗多。畢業(yè)設計不但培養(yǎng)了我們獨立完成任務的能力，樹立了克服和戰(zhàn)勝困難的信心，而且大大提高了我們獨立思考的能力，使我們充分體會到了在設計過程中，探索的艱難和成功的喜悅。　　通過本次設計我們深深體會到任何理論如果沒有在實踐中得到應用，那它只是一些零亂的文字而已。這次設計使我們懂得了理論和實踐相結合的重要性；也讓我們意識到拓寬知識面，培養(yǎng)思維創(chuàng)新能力的重要性；當然團隊合作精神也很重要。我們只有通過不斷的學習，在實踐中鍛

38、煉才能提高自己的能力。</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。我還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。還有值得我們自豪的一點就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術啊，最后用一句話來結束吧。</p><p

39、>　　“實踐是檢驗真理的唯一標準”與君共勉。</p><p><b>　　5．儀器儀表清單</b></p><p><b>　　設計所用儀器及器件</b></p><p>　　1．直流穩(wěn)壓電源 1臺</p><p>　　2．示波器 1臺</p>

40、;<p>　　3．萬 用 表 1只</p><p>　　4．運 放741 1片</p><p>　　5．電位器50K 2只 </p><p>　　100K 1只</p><p>　　100Ω 1只</p>

41、<p>　　6．電阻 510 1只</p><p>　　510 1只</p><p>　　600 1只 </p><p>　　510 1只</p><p>　　510 1只</p>

42、<p>　　7. 開關 2個</p><p>　　7．功放 1個</p><p>　　8．面　包　板 1塊</p><p>　　9．剪　　　刀　　　　　?。卑?lt;/p><p>　　10．儀器探頭線 2根</p

43、><p>　　11．電 源 線 4根</p><p><b>　　6、參考文獻</b></p><p>　　（1）《模擬電子技術》（出版社不限）蘇士美（2007年）</p><p>　?。?）《數(shù)字電子技術》（出版社不限）趙軍（2009.3）</p><p>　　（3）《電子

44、電路大全》（郵電出版社）</p><p>　?。?）《電子實驗綜合實訓教程》（機械出版社）</p><p>　　（5）《電子線路課程設計指導》（高等教育出版社）</p><p>　?。?）《電子技術基礎》（電子工業(yè)出版）</p><p>　　（7）《全國大學生電子設計競賽試題精解選》 （電子出版社）</p><p>