模擬電子技術課程設計---函數(shù)信號發(fā)生器設計 (2)

1、<p>　　模擬電子技術課程設計報告</p><p>　　課 程 名 稱 模擬電子技術課程設計 </p><p>　　設 計 題 目 函數(shù)信號發(fā)生器設計 </p><p>　　模擬電子技術課程設計</p><p><b>　　任 務 書</b&g

2、t;</p><p>　　設計（論文）名稱： 函數(shù)信號發(fā)生器設計 </p><p>　　一、課程設計應達到的目的：</p><p>　　1、培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力；</p><p>　　2、了解集成電路和集成運放的基本知識；</p><p>　　3、學會使用仿真軟件對電路

3、進行仿真；</p><p>　　4、理解函數(shù)信號發(fā)生器的組成框圖及工作流程；</p><p>　　5、會制作函數(shù)信號發(fā)生器；</p><p>　　6、能用儀器、儀表調(diào)試、測量函數(shù)信號發(fā)生器的主要指標。</p><p>　　二、課程設計任務和基本要求</p><p><b>　　設計任務：</b>&

4、lt;/p><p>　　1、頻率范圍三段：10～100Hz，100 Hz～1KHz，1 KHz～10 KHz；</p><p>　　2、正弦波Uopp≈3V，三角波Uopp≈5V，方波Uopp≈14V；</p><p>　　3、幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真?。?lt;/p><p>　　4、安裝調(diào)試并完成符合學校要求的設計說明書</p><

5、;p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　不失真地輸出正弦波、方波、三角波三種波形，峰峰值都大于6V,頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)，范圍在1KHZ到100KHZ,帶負載（100Ω到1KΩ）能力較強。</p><p><b>　　函數(shù)信號發(fā)生器設計</b></p><p>　　摘要：函數(shù)信號發(fā)生器作為一種常用的信號源

6、，是現(xiàn)代測試領域內(nèi)應用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時，都要有信號源，由他產(chǎn)生不同頻率不同波形 的電壓、電流信號并加到被測器件或設備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定他們的性能參數(shù)，信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號，如正弦波、三角波、方波等，因而廣泛用于通信、雷達、導航、宇航等領域。</p><p&g

7、t;　　1.單元電路的設計與調(diào)試</p><p>　　1.1 正弦波產(chǎn)生電路</p><p>　　1.1.1正弦波振蕩器的基本結構與工作原理</p><p>　　正弦波振蕩器是一個沒有輸入信號，依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出信號的電路，它由一個基本放大器和一個帶有選頻功能的正反饋網(wǎng)絡組成。</p><p>　　電路接通電源的一瞬間，由于電路中電

8、流從零突變到某一值，它包含著很多的交流諧波，經(jīng)選頻網(wǎng)絡選出頻率為fo的信號，一方面由輸出端輸出，另一方面經(jīng)正反饋網(wǎng)絡傳送回到輸入端，經(jīng)放大和選頻，這樣周而復始，不斷地反復，只要反饋信號大于初始信號，振蕩逐漸變強起來。 </p><p>　　1.1.2產(chǎn)生振蕩的條件</p><p><b>　　(1)振蕩平衡條件</b></p&

9、gt;<p>　　要使振蕩器輸出信號維持穩(wěn)定的輸出，必須使再次反饋回輸入端信號和原來輸入端的信號相等，即:</p><p><b>　　又有 </b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　由于 所以振蕩平衡條件為:</p><p><b&

10、gt;　　設, 則 即：</b></p><p>　　……………………………………………………幅度平衡條件</p><p>　　…）…………………………………………相位平衡條件</p><p>　　一個振蕩器只有同時滿足這兩個條件，才能振蕩。</p><p><b>　　(2)振蕩起振條件</b></

11、p><p>　　振蕩器滿足平衡條件時，輸出信號幅度保持不變。但在振蕩器剛開始振蕩時，信號非常微弱，如僅是振蕩器將不能起振。必須使每次反饋回來的信號大于原來的輸入信號，即。振蕩才能由弱到強建立起來。所以振蕩起振條件應為>1。</p><p>　　1.1.3 RC文氏電橋振蕩器的制作</p><p>　　由于RC文氏電橋振蕩器具有電路簡單、易起振、頻率可調(diào)等特點被大

12、量應用與低頻振蕩電路，所以我們采用RC文氏電橋振蕩器產(chǎn)生正弦波。電子電路圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 RC正弦波振蕩器電路</p><p>　　如圖所示，根據(jù)設計要求可選擇電阻R1，R2均為15k，R4為100k的可調(diào)電位器。電容C1和C2為0.22F，D1，D2為1N4001，采用的集成運放為MC4558。R1、C1、R2、C2組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡形成正反饋，運放、R4

13、、R5、D1、D2組成同相比例放大器，D1，D2具有穩(wěn)幅作用。</p><p>　　在此電路中，由RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡組成正反饋支路和選頻網(wǎng)絡，這部分電路決定了電路的振蕩頻率；由R4、D1、D2和R5組成負反饋支路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。負反饋電路控制運算放大器的增益。反饋過深，不易起振，反饋過小，容易造成波形失真。調(diào)節(jié)R4為適當值，電路即能起振，輸出正弦波，并利用D1、D2的非線性實現(xiàn)穩(wěn)幅。并聯(lián)電阻R5有改善二極管非線形引起波

14、形失真的作用。</p><p>　　在實際應用中，常選取文氏電橋兩個支路中的R、C相同，當R選用同軸雙連電位器，即可以實現(xiàn)振蕩頻率的連續(xù)可調(diào)，輸出正弦波的頻率為:</p><p>　　1.1.4 RC正弦波振蕩器的調(diào)試</p><p>　　按上述電路圖接好電路圖在仿真仿真軟件中仿真，仿真步驟如下： </p><p>　　1）調(diào)節(jié)電位器R4，

15、用示波器觀察輸出波形UO直到出現(xiàn)正弦波，記錄波形，并測量輸出電壓UO的最大不失真電壓幅度，波形的周期T。</p><p>　　2）調(diào)節(jié)電位器RP，觀察其對輸出波形的影響。</p><p>　　3）測量頻率。將輸出UO接示波器Y軸輸入端，標準信號源（正弦波）輸出端接示波器X軸輸入端，將示波器改為“X-Y”顯示方式，這時讀出標準信號源的頻率即是振蕩器的輸出頻率f。</p><

16、;p>　　用Multisim10.0對電路進行仿真得到圖2-2仿真波形</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　從圖中可得出產(chǎn)生的正弦波最大值Umax=1.5V;</p><p>　　T=5ms×4.2=21ms.</p><p>　　F0=1/T=48Hz.</p>

17、<p>　　仿真得出的數(shù)據(jù)與理論計算一樣，電路正確。</p><p>　　1.2 方波產(chǎn)生電路 </p><p>　　1.2.1 方波發(fā)生器的基本結構與工作原理</p><p>　　如圖2-3所示的方波發(fā)生器電路，其中R2與Rf組成負反饋支路，運放同相端的電壓為：電阻R1、Rp和電容C組成運放的正反饋支路。當電容C的端電壓VC（等于運放的反向端電壓

18、V-）大于V+時，輸出電壓VO＝VZ（雙向穩(wěn)壓管VD的限幅電壓），則電容C經(jīng)電阻R1、Rp放電，VC下降。當VC下降到比V+小時，比較器的輸出電壓VO=+VZ，電容C又經(jīng)過電阻R1、Rp充電，電容的端電壓VC又開始上升，如此反復，則輸出電壓VO為周期性方波。方波的頻率為</p><p>　　調(diào)節(jié)電路中的Rp可以改變頻率。</p><p><b>　　圖2-3方波發(fā)生器</b

19、></p><p>　　1.2.2 方波發(fā)生器的制作</p><p>　　電子電路如圖2-3所示，根據(jù)設計要求運算放大器為LM324，R1、R2、Rf為10k的電阻， RP為100k的電位器，C的容量為1uF。D1,D1為1N750。</p><p>　　1.2.3 方波發(fā)生器的調(diào)試</p><p>　　按上述電子電路圖接好電路在仿

20、真軟件中仿真，仿真步驟如下：</p><p>　　1）UREF=2V(參考電壓)的直流電壓；</p><p>　　2）在電路中接人ui=3V的直流電壓，用萬用表測量輸出直流電壓的大小并記錄；</p><p>　　3）ui改為1V的直流電壓，用萬用表測量輸出直流電壓的大小，并記錄；</p><p>　　4）微調(diào)ui，使ui在1V~3V之間變化，

21、用萬用表測量并觀察輸出直流電壓的變化 情況，并記錄：恰好出現(xiàn)高電平向低電平翻轉或低電向平高電平翻轉時的ui，確 定此值與UREF值結果表明該電路能不能實現(xiàn)電壓比較的作用；</p><p>　　5）改變電位器RP，觀測是否可以改變輸出信號頻率。將電位器RP調(diào)至最小時，觀測電路的輸出波形，此時輸出信號的周期T1,器RP調(diào)至最大時，觀測電路的輸出波形，此時輸出信號的周期為T2；觀察在這個過程

22、中，輸出信號的電壓變化；</p><p>　　6）改變電容容量，觀測是否可以改變輸出信號頻率。將電路中的電C改為0.022F，觀測輸出信號波形，C增大時，輸出信號頻率會怎樣變化；</p><p>　　用Multisim10.0對其進行仿真得到如下2-4波形圖：</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>

23、;　　從波形中可以得到方波電壓約為±7V,與理論一樣，可得出電路是正確的。</p><p>　　1.3 三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　1.3.1三角波發(fā)生器的結構與基本工作原理</p><p>　　圖2-5三角波發(fā)生器電路</p><p><b>　　其工作原理如下：</b></p>&l

24、t;p>　　當運算放大器開環(huán)電壓增益足夠大時，可認為,其中又由虛短和虛斷，得：</p><p>　　式中，τ＝RC，稱為積分器的時間常數(shù)。 </p><p>　　1.3.2 三角波發(fā)生器的制作</p><p>　　電子電路如圖2-4所示，積分電路和遲滯比較器相連可組成三角波發(fā)生器。根據(jù)設計要求電阻R1為2.5K，電容C為220nf，采用的集成運放為LM324

25、。</p><p>　　1.3.3 三角波發(fā)生器的測試</p><p>　　根據(jù)電子電路圖接好線路，在仿真軟件中仿真，仿真步驟如下：</p><p>　　1）用雙蹤示波器DC輸入方式觀察U波形。并將波形記錄下來。</p><p>　　2）改變電阻R1或電容C，觀察輸出電壓波形的變化。</p><p>　　當輸入信號為

26、方波時，其輸出信號為三角波，電路波形圖2-5如下：</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　　電仿真中信號源為方波，f0=1Kz,Umax=3.5V</p><p>　　電路中R1=2.5K，C=220nF,</p><p>　　2. 函數(shù)信號發(fā)生器總電路圖與電路仿真</p><

27、;p>　　2.1 函數(shù)信號發(fā)生器總電路圖</p><p>　　根據(jù)上述獨立單元電路的設計，可以設計總的電路圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 函數(shù)信號發(fā)生器總原理圖</p><p>　　通過看示波器波形，可得出正弦波發(fā)生器中電位器調(diào)到R4調(diào)到50K時開始起振，調(diào)大R4則不能起振，而調(diào)到40K時波形出現(xiàn)失真，起振是由弱變強的。總電路的頻率有R1，C

28、1，R2，C2決定，令R1=R2，C1=C2，</p><p>　　如圖R為15K，C為0.22uF，可算出頻率為50Hz,所有可通過減小電容值來增大頻率，如C為0.001uF時，頻率為10.6kHz，滿足要求。</p><p>　　2.2 函數(shù)信號發(fā)生器的仿真</p><p>　　對總原理圖進行仿真，得到正弦波，方波和三角波的波形如下圖：</p>

29、<p>　　圖3-2 100HZ正弦波</p><p>　　圖3-3 1KHZ正弦波</p><p>　　圖3-4 100 HZ方波</p><p>　　圖3-5 1KHZ方波</p><p>　　圖3-6 100HZ三角波</p><p>　　圖3-7 1KHZ三角波</p><p

30、>　　3. 電路的安裝與調(diào)試結果</p><p><b>　　3.1電路的安裝</b></p><p>　　3.1.1 元器件的選用規(guī)格</p><p>　　3.1.2 實踐制作工具及儀器儀表</p><p>　　電烙鐵一把，電烙鐵一把，焊錫絲，鑷子1把，普通萬用表1只，雙路直流穩(wěn)壓電源，雙蹤示波器一臺。<

31、;/p><p>　　3.1.3 實踐制作過程</p><p>　　1）識讀函數(shù)信號發(fā)生器電路原理圖和印制電路圖。</p><p>　　2）先在印制電路板上找到相對應的元器件的位置，將元器件成形。</p><p>　　3）采用邊插裝邊焊接的方法依次正確插裝焊接好元器件（注意二極管正、負極和集成運算放大器的管腳方向）。</p><

32、;p>　　插裝步驟如下：插裝集成運算放大器A1、A2、A3、</p><p>　　插裝電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13</p><p>　　插裝二極管和穩(wěn)壓管D1、D2、D3、D4</p><p>　　插裝電容器C1、C2、C3、C4、C5</p><p>　　插裝電位器RP1、R

33、P2、RP3</p><p>　　插裝轉換開關S1、S2</p><p>　　4）檢查焊接的電路中元器件是否有假焊、漏焊，以及元器件的極性是否正確。</p><p>　　5）通電試驗，觀察電路通電情況。</p><p><b>　　3.2電路功能調(diào)試</b></p><p>　　1）按上述制作步驟

34、完整接好原理電路并復查，通電檢測。</p><p>　　2）分別將兩組電源調(diào)至15V，注意兩組電源與MC4558的接法。</p><p>　　3）撥動轉換開關S2，用示波器分別觀察正弦波、方波和三角波三種波形，若波形失真，可通過調(diào)節(jié)RP2來改善波形。在坐標紙上繪制出電路產(chǎn)生的三種波形，分別測量波形輸出電壓的幅度并記錄。</p><p>　　4）調(diào)整電位器RP1和撥動

35、轉換開關S1，測量各種波形的輸出頻率變化范圍。</p><p>　　5）調(diào)整電位器RP2，測量輸出電壓變化范圍。</p><p>　　3.3 電路實驗結果</p><p>　　函數(shù)信號發(fā)生器電路的實驗的結果</p><p><b>　　4. 總結體會</b></p><p>　　《模擬電子技術》

36、是非常重要的專業(yè)基礎課，課程設計是在學完這門課程之后對所學知識的一次檢測。通過這次課程設計不僅加深了對電子電路的認識，而且還及時、真正的做到了學以致用。</p><p>　　通過這段時間不懈的努力與切實追求，我做完了課程設計。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；學會了使用仿真軟件對原理電路進行仿真；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。</p>&

37、lt;p>　　其次，這次課程設計讓我懂得了堅持就是勝利，在困難面前不要輕言放棄，要勇于面對問題，并想法設法解決問題。</p><p>　　在實驗過程中，遇到了不少的問題。比如：波形失真嚴重，甚至不出波形這樣的問題。還有就是焊接實物的問題，一開始以為很簡單，但其實很復雜，要對焊板上的元件進行布置和焊接電路元件連線，這有很大的難度。在此期間，除了對元件較好的焊接外，還要考慮元件之間信號的干擾，還要考慮元件連線的

38、不相交以及焊板面積的大小、元件擺放和連線的美觀性等，所以我們怕不夠用，就買了一塊比較大的板子，結果花兩天焊好板子后卻發(fā)現(xiàn)電路才占板子的很少部分，很不協(xié)調(diào)。所有說，想要焊出一塊實用又美觀的板子，是要經(jīng)過一番考慮和布置的。但是最后在老師和同學的幫助以及自己的不斷努力下，把問題一一解決了，那種心情別提有多高興啊。實驗中暴露出我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)，通過課程設計加深了我對所學知識的理解。期末考試也臨近了，順便也復

39、習。</p><p>　　作為一個電信專業(yè)的學生，我深知課程設計的重要性。這次課程設計我從剛開始的什么都不懂不會不敢不碰，到現(xiàn)在的基本了解了一個電路元件是如何構成的，還有以前看的集成板上讓人難琢磨的電路焊接圖我都可以看懂一些了，其中的電路仿真也讓我對以前學習的電路知識有了詳細地了解。我順利完成了模電的課程設計。</p><p>　　這次課程設計讓我學到了很多，不僅是鞏固了先前學的模電理論知

40、識，而且也培養(yǎng)了我的動手能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。</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>　　[

41、3]胡宴如主編. 模擬電子技術. 北京. 高等教育出版社，2000</p><p>　　[4]趙雅興主編. PSpice與電子器件模型. 北京郵電大學出版社,2006</p><p>　　[5]Rayender Goyal. High-frepuency Analog Integrated Circuit Design. </p><p>　　NewYork:Jo