簡易信號發(fā)生器 課程設計

1、<p>　　《EDA技術》考查報告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.電路設計系統分析…………………………………(2)</p><p>　　1.1 電路設計原理框圖……………………………………………(2)</p><p>　　1.2 電路設計方案設計……………………………

2、……………（2）</p><p>　　2.單元電路設計及參數確定……………………………………… （3）</p><p>　　2.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………（3）</p><p>　　2.2 方波---三角波轉換電路的工作原理…………………… （3）</p><p>　　2.3 三角波---正弦波轉換電路的工作原理……

3、…………… （6） </p><p>　　2.4電路的參數選擇及計算…………………………………… （8）</p><p>　　2.5 總電路圖……………………………………………………（9）</p><p>　　3.設計驗證………………………………………………………… （10）</p><p>　　3.1 電路的調試……………………………………

4、………………（10）</p><p>　　3.2 方波---三角波發(fā)生電路的仿真……………………………（11） </p><p>　　3.3 三角波---正弦波轉換電路的仿真…………………………（12）</p><p>　　4.課程設計總結…………………………………………………… （13）</p><p>　　附錄：元器件明細清單……

5、……………………………………（14）</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　一、電路設計系統分析</p><p>　　1.1 電路設計原理框圖</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　1.2 電路方案設計</p>

6、;<p>　?。?）采用滯回比較器產生方波；</p><p>　?。?）采用積分器將方波轉換成三角波；</p><p>　?。?）采用差分放大器將三角波轉換成正弦波。</p><p>　　二、單元電路設計及參數確定</p><p>　　2.1、方波發(fā)生電路的工作原理：</p><p>　　此電路由反相輸入

7、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=+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

8、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>　　圖2-1 方波產生電路</p><p>　　2.2 方波---三角波轉換電路的工作原理：</p><p><b>　　圖2-2

9、-1</b></p><p>　　圖2-2-1所示的電路能自動產生方波—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U01從高電

10、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><p>　　將上式整理，得比較器翻轉的下門限電位</p><p><b>　?。?-2-2）<

11、;/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><p><b>　　(2-2-4)</b></p><p>　　由式子（2-2-1）～(2-2-4

12、)可以得到比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。</p><p><b>　　圖2-2-2</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</p><p><b>　　(2-2-5)</b></p><p>　　當U01=

13、+Vcc時， (2-2-6)</p><p>　　當U01=-Vcc時， (2-2-7)</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率相等的三角波，其波形如圖所示。</p><p><b>　　圖2-2-3</b></p>

14、<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></p><p><b>　?。?-2-9）</b></p>&l

15、t;p>　　由式子（2-2-8）及（2-2-9）可以得出以下結論：</p><p>　　1.電位器RP2在調整方波—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實現頻率微調。</p><p>　　2．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 </p><p>　　電壓+V

16、cc。電位器RP1可以實現幅度微調，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

17、非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達式為： </p><p><b>　　(2-3-1)　</b></p><p><b>　　(2-3-2)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><p&g

18、t;　　——溫度的電壓當量，當室溫為25oc時，UT≈26mV。</p><p>　　圖2-3-1 三角波—正弦波變換電路</p><p>　　2-3-2三角波-正弦波轉換傳輸特性曲線</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，由圖2-3-2可見：</p><p>　　傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；</p><p

19、>　　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>　　圖為實現三角波——正弦波變換的電路。其中Rp3調節(jié)三角波的幅度，Rp4調整電路的對稱性，其并聯電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分波形量，改善輸出</p><p>　　2.4電路的參數選擇與計算</p><p>　　2.4

20、.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>　　比較器A1與積分器A2的元件參數計算如下。</p><p><b>　　由式 （2-8）得</b></p><p>　　取 ，則R3+RP1=40KΩ，取，RP1為47

21、KΩ的電位器。平衡電阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k，取R1=8.2KΩ</p><p>　　由式（2-2-9）得</p><p>　　即R4+RP2=(R3+RP1)/(4FC2R2)</p><p>　　當100Hz≤f≤1kHz時， 取C2=0.1uF, 則10KΩ<R4+RP2<100KΩ,取R4=1kΩ, </p><

22、;p>　　RP2=100 kΩ。 當1kHz≤f≤10kH時，取C1=0.01uF以實現頻率波段的轉換，R4</p><p>　　及RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10KΩ。</p><p>　　2.4．2三角波—>正弦波部分</p><p>　　（1）差分放大器元件參數確定</p><p>　　取RC1=RC2=10 KΩ,

23、RB1=RB2=6.8 KΩ,取I0=1.1mA, 而</p><p>　　I0=(RE4/RE3)IREF (2-4-1)</p><p>　　IREF=VEE-UBE/(RE4+R)=12-0.7/RE4+R

24、 (2-4-2)</p><p>　　取RE4=R=20 KΩ,代入(2-4-2)，得IREF=0.28 mA，將IREF=0.28 mA代入(2-4-1)，得RE3=5 KΩ</p><p>　　三角波—>正弦波變換電路的參數選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率不是很大，取C3=47uF，C4=C5=470uF，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波

25、成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至</p><p>　　0.1微法。這里取C6=0.1Uf, RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯，以減小差分放大</p><p>　　器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調整RP4及電</p><p><b>　　阻R確定.</b></p><p><

26、;b>　　2.5總電路圖：</b></p><p>　　圖2-5方波-三角波-正弦波發(fā)生器實驗電路</p><p>　?。ㄖ饕悸罚合韧ㄟ^比較器產生方波，再通過積分器產生三角波，最后通過差分放大器形成正弦波。</p><p><b>　　三、設計驗證</b></p><p><b>　　3.

27、1電路的調試</b></p><p>　　1方波—三角波發(fā)生器的調試</p><p>　　比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波和正弦波，A1輸出為方波，A2輸出為三角波，微調RP1，使三角波的輸出幅度滿足設計指標要求，調節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。</p><p>　　2 三角波—正弦波變換的調試</p><p&g

28、t;　　1）差分放大器傳輸傳輸特性曲線調試。將C4與RP3的連線斷開，經電容C4輸入差模信號電壓uid=50mV，fi=10kHz的正弦波。調節(jié)RP4及電阻R，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特曲線形狀如圖2-3-2所示，記下此時對應的uid，即uidm值。移去信號源，再將C4左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點Io、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q。 </p><p>　　2）三角波-正弦波

29、變換電路的調試。將RP3與C4連接，調節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經由RP3 后輸出等于uidm值，這時U03的輸出波形應接近正弦波，調整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現如圖3-1-1所示的幾種正弦波失真，則應調整和修改電路參數，產生失真的原因及采取的相應措施有：</p><p>　　①鐘形失真：如圖3-1-1（a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應減小RE2。</p><p&

30、gt;　?、诎氩▓A頂或平頂失真： 如圖3-1-1（b）如示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點Q偏上或偏下，應調整電阻R。</p><p>　?、鄯蔷€性失真：如圖圖3-1-1（c）所示，三角波的線性度較差引起的失真，主要受運放性能的影響。可在輸出端加濾波網絡（如C6=100pF）改善輸出波形。</p><p>　　圖3-1-1 幾種正弦波失真</p><p>　　3.

31、2 方波---三角波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　3.3三角波---正弦波轉換電路的仿真</p><p>　　第四章 課程設計總結</p><p>　　該設計電路通過先產生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波，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。缺點是在

32、調節(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。因此而留下了很多遺憾?？傊?，由于知識的有限，仿真結果不可避免的和設計要求產生了一定的偏差。</p><p>　　通過對函數信號發(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

33、；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上的知識，明白了學以致用的真諦。</p><p><b>　　附錄 </b></p><p><b>　　元器件明細清單</b><

34、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]童詩白主編 《模擬電子技術基礎（第三版）》．北京：高教出版社， 2001</p><p>　　[2]李萬臣主編 《模擬電子技術基礎與課程設計》.哈爾濱工程大學出版社，2001</p><p>　　[3]胡宴如主編 《模擬電子技術》. 北京. 高等教育出版社

35、，2000</p><p>　　[4]康華光 《電子技術基礎--模擬部分（第四版）》.高等教育出版社 , 1998</p><p>　　[5]謝自美 《電子線路設計.實驗.測試(第二版)》.華中科技大學出版社, 2000</p><p>　　[6]《電子電路大全(合定本)》 中國計量出版社. 1991</p><p>　　[7]郝鴻安主編

36、 《常用模擬集成電路手冊》.人民郵電出版社 1991</p><p>　　[8]蔣黎紅主編 《模電數電基礎實驗及Multisim 7仿真》.浙江大學出版社, 2007</p><p>　　[9]程開明主編 《模擬電子技術》.重慶大學出版社，1995 </p><p>　　[10]黃培根主編 《Multisim 10 計算機虛擬仿真實驗室》.電子工業(yè)出版社，2008