模擬電子技術(shù)課程設(shè)計----波形發(fā)生器

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計</b></p><p><b>　　報告</b></p><p>　　題 目： 函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 </p><p>　　班 級：

2、 自動化0902 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 概述………………………………………………………………（2）</p><p>　　1.1 課程設(shè)

3、計的目的…………………………………………（2）</p><p>　　1.2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求……………………………………（2）</p><p>　　1.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)………………………………………（2）</p><p>　　2 各部分電路設(shè)計…………………………………………………（3）</p><p>　　2.1 方波發(fā)生電路的工

4、作原理…………………………………（3）</p><p>　　2.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理…………………… （3）</p><p>　　2.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理……………… （6） </p><p>　　2.4電路的參數(shù)選擇及計算………………………………… （8）</p><p>　　2.5 總電路圖……………

5、……………………………………（10）</p><p>　　3 電路仿真……………………………………………………… （11）</p><p>　　3.1 方波---三角波發(fā)生電路的仿真………………………（11） </p><p>　　3.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真……………………（12）</p><p>　　4電路的調(diào)試………

6、………………………………………… （13）</p><p>　　4.1 方波---三角波發(fā)生電路調(diào)試…………………………（13）</p><p>　　4.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路調(diào)試………………………（13）</p><p>　　5 實驗總結(jié)及感想……………………………………………… （17）</p><p>　　6 參考文獻…………

7、………………………………………… （</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1.1課程設(shè)計的目的</p><p>　　進一步掌握模擬電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Α?lt;/

8、p><p>　　學(xué)會運用Multisim11仿真軟件對所作出的理論設(shè)計進行仿真測試，并能進一步完善設(shè)計。</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求</p><p>　　設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)信號發(fā)生器</p><p>　　輸出波形：輸出為方波和三角波兩種波形，用開關(guān)切換輸出</p><p>　　2.3 主要技術(shù)指標(biāo)&

9、lt;/p><p><b>　　1、要求的技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　?、?輸出為方波和三角波兩種波形，用開關(guān)切換輸出；</p><p><b>　?、?均為雙極性；</b></p><p>　?、?輸出為方波時，輸出電壓峰值為0～1V可調(diào)，輸出信號頻率為l00Hz～lkHz 可調(diào)；</p

10、><p>　　④ 輸出為鋸齒波時，輸出電壓峰值為0～1V可調(diào)，輸出信號頻率為100Hz～lkHz 可調(diào)。</p><p><b>　　2、自我添加部分</b></p><p><b>　　另輸出正弦波</b></p><p>　?、?正弦波VPP>1V</p><p>&

11、lt;b>　　二、各部分電路設(shè)計</b></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

12、增長而逐漸增高，當(dāng)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(dāng)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(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p&

13、gt;　　2.2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><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(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡

14、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(dāng)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

15、較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位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

16、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，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)系下圖所示。</p><p>　　a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形

17、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(jié)論：</p><p>　　電位器RP2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C2改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　方波的輸出幅度應(yīng)等

18、于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。</p><p>　　電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　2.3三角波---正弦波電路的工作原理（此為發(fā)揮環(huán)節(jié)，不再詳細描述）</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

19、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>　　式中　　</b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><p>　　——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時，UT≈26mV。</p><p>　　如果U

20、id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&

21、gt;<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>　　2.4電路的參數(shù)選擇及計算</p><p>　　(1)、比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下。</p><

22、;p><b>　　根據(jù)原理有:</b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　取R2=10kΩ，則R3+RP1=50 kΩ，取R2=20 Kω,RP1為47 kΩ的電位器。取平衡電阻R1=R2//(R3+RP1) ≈10 kΩ。</p><p>　　由式（3-62） ，即</p&

23、gt;<p>　　當(dāng)100HZ≦f≦1KHZ時 ，取C2=100nf以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4取5.1 kΩ，RP2取100 kΩ電位器。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，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=10

24、0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>　　2.5 總電路圖</b></p><p>　　三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路</p><p>　　先通過比較器產(chǎn)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>

25、<p><b>　　三、電路仿真</b></p><p>　　3.1正弦波--方波發(fā)生器仿真波形</p><p>　?。?）當(dāng)方波三角波都處于峰值1v時，</p><p>　?。?）方波幅值0~1V可調(diào)</p><p>　　三角波幅值0~1V可調(diào)</p><p><b>　　

26、正弦波波形</b></p><p>　　頻率100HZ~1KHZ可調(diào)</p><p><b>　　電路的調(diào)試</b></p><p>　　4.1 方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào)</p><p>　　由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是，安裝電位

27、器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計值，如設(shè)計舉例題中，應(yīng)先使RP1=10KΩ,RP2?。?.5-70）KΩ內(nèi)的任一值,否則電路可能會不起振。只要電路接線正確，上電后，UO1的輸出為方波，UO2的輸出為三角波，微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計指標(biāo)要求有，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。</p><p>　　4.2 三角波---正弦波變換電路的裝調(diào)</p><p>　　

28、按照圖3—75所示電路，裝調(diào)三角波—正弦波變換電路，其中差分發(fā)大電路可利用課題三設(shè)計完成的電路。電路的 調(diào)試步驟如下。</p><p>　?。?）經(jīng)電容C4輸入差摸信號電壓Uid=50v，F(xiàn)i =100Hz正弦波。調(diào)節(jié)Rp4及電阻R*,是傳輸特性曲線對稱。在逐漸增大Uid。直到傳輸特性曲線形狀入圖3—73所示，記 下次時對應(yīng)的 Uid即Uidm值。移去信號源，再將C4左段接地，測量差份放大器的 靜態(tài)工作點I0

29、,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.</p><p>　　(2) Rp3與C4連接，調(diào)節(jié)Rp3使三角波俄 輸出幅度經(jīng)Rp3等于Uidm值，這時Uo3的 輸出波形應(yīng) 接近 正弦波，調(diào)節(jié)C6大小可改善輸出波形。如果Uo3的 波形出現(xiàn)如圖3—76所示的 幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生是真的 原因及采取的措施有；</p><p>　　1）鐘形失真 如圖（a）所示，傳輸特性曲線的 線性區(qū)太

30、寬，應(yīng)減小Re2。</p><p>　　2）半波圓定或平頂失真 如圖（b）所示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*.</p><p>　　3）非線性失真 如圖（C）所示，三角波傳輸特性區(qū)線性度 差引起的失真，主要是受到運放的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。</p><p>　?。?）性能指標(biāo)測量與誤差分析</p>

31、<p>　　1）放波輸出電壓Upp≤2Vcc是因為運放輸出極有PNP型兩種晶體組成復(fù)合互補對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與飲和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。</p><p>　　2）方波的上升時間T，主要受預(yù)算放大器的限制。如果輸出頻率的 限制?？山佣砑铀匐娙軨1，一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測量T。</p><p>　　4.3 儀

32、器儀表清單</p><p>　　內(nèi)裝EDA仿真軟件mutisim11.0的電腦一臺</p><p><b>　　課程設(shè)計總結(jié)與感想</b></p><p>　　一周的課程設(shè)計過去了。其實真正用功的還是最后兩天。自我感覺時間是在太緊迫，也不是很正規(guī)，因為我這份報告是答辯現(xiàn)場臨時寫的，我看到老師竟然沒有讓我們仿真答辯，只是靠打印的報告評分，讓我有點

33、小小的失望。但是幾天的忙碌還是學(xué)到了很多東西，前兩天都是設(shè)計的準(zhǔn)備部分,在網(wǎng)上和圖書館查了很多東西。對于我們這些當(dāng)前社會的大學(xué)生來說，突然要自己設(shè)計一個電路還真不是容易的事，忙活了幾天也只有匆匆連一下電路，調(diào)出波形而已。如果沒有網(wǎng)絡(luò)，還真不知道有幾個人能做出來。我期待有下一次的這種設(shè)計，能真正的讓我們自己動手去設(shè)計電路板，當(dāng)自己的第一塊板子出爐時，應(yīng)該會有更不一樣的感覺吧！</p><p><b>