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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p> 1 課程設計的初始條件及主要任務1</p><p><b> 1.1初始條件1</b></p><p><b> 1.2主要任務1</b></p><p> 1.2.1設計目的1</p>
2、<p> 1.2.2設計電路技術要求1</p><p> 2 函數(shù)發(fā)生器的設計方案及比較1</p><p> 2.1函數(shù)發(fā)生器的設計原理1</p><p> 2.2各部分的工作原理2</p><p> 2.2.1方波發(fā)生電路的工作原理2</p><p> 2.2.2正弦波發(fā)生電路的工作
3、原理3</p><p> 2.2.3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理3</p><p> 2.2.4三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理6</p><p> 2.3設計方案及比較7</p><p> 2.3.1設計方案一7</p><p> 2.3.2設計方案二7</p><
4、p> 2.3.3設計方案比較8</p><p> 2.3.4實現(xiàn)方案8</p><p><b> 3 電路的仿真9</b></p><p> 3.1方波發(fā)生電路的仿真9</p><p> 3.2正弦波發(fā)生電路的仿真10</p><p> 3.3方波---三角波發(fā)生電路的
5、仿真10</p><p> 3.4三角波---正弦波電路的仿真11</p><p> 3.5正弦波---方波電路仿真11</p><p> 4 電路的安裝與調(diào)試11</p><p> 5 實驗測試結果12</p><p> 5.1方波的輸出檢測12</p><p> 5.
6、2三角波的輸出檢測12</p><p> 5.3正弦波的輸出檢測13</p><p><b> 6 實驗總結13</b></p><p><b> 7 參考文獻15</b></p><p> 函數(shù)發(fā)生器電路的設計</p><p> 1 課程設計的初始條件及主
7、要任務</p><p><b> 1.1初始條件</b></p><p> 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一臺、萬用表一塊、面包板一塊、元器件若干、剪刀、鑷子的必備元器件若干。</p><p><b> 1.2主要任務</b></p><p><b> 1.2.1設計目的</b>&l
8、t;/p><p> 設計一個函數(shù)發(fā)生器的電路,要求可以輸出方波、三角波、正弦波等。</p><p> 1.2.2設計電路技術要求</p><p> 所設計的函數(shù)信號發(fā)生器的各項技術指標要求如下:</p><p> 輸出波形:方波、三角波、正弦波等;</p><p> 頻率范圍:10Hz—1000Hz范圍內(nèi)可調(diào)&l
9、t;/p><p> 輸出電壓:方波≤24V;</p><p><b> 三角波=8V;</b></p><p><b> 正弦波>1V;</b></p><p> 要求輸出波形振幅基本穩(wěn)定,振蕩波形對稱,無明顯非線性失真。</p><p> 2 函數(shù)發(fā)生器的設計方
10、案及比較</p><p> 2.1函數(shù)發(fā)生器的設計原理</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也可以采用集成電路。</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,然后通過比較器整形電路將正弦波變
11、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)生方波---三角波,再將三角波由差分變換電路變成正弦波等等。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> 2.2各部分的工作原理</p><p> 2.2.1方波發(fā)
12、生電路的工作原理</p><p> 產(chǎn)生方波方法可分為兩種:第一種先利用遲滯比較器構成的方波發(fā)生器產(chǎn)生方波。利用施密特觸發(fā)器,再增加少量電阻、電容元件以及穩(wěn)壓管即可組成方波發(fā)生器。由于方波的頻率成分非常豐富,含有大量諧波,故方波又稱為多諧振蕩器;第二種將比較器和積分器連接組成方波——三角波產(chǎn)生電路,比較器輸出的方波輸入積分器得到三角波。</p><p> 圖2-1方波發(fā)生電路圖<
13、/p><p> 在接通電源瞬間,輸出電壓是正向飽和或是負向飽和是隨機的。假設初始輸出的電壓為負向飽和,即v0=vOL,則加在運算放大器的同相輸入端的電壓為:</p><p><b> ?。?-1)</b></p><p> 而加于反相端的電壓由于電容器上的電壓vc不能突變,只能有輸出電壓v0通過負反饋電阻按指數(shù)規(guī)律想充電來建立,顯然vc<
14、0,當vc愈來愈負,直到比還小時,輸出電壓立即從負飽和值VOL迅速翻轉(zhuǎn)到正飽和值VOH。這時加到放大器同相輸入端的電壓為:</p><p><b> ?。?-2)</b></p><p> 而加于電容器的電壓不能突變,只能由輸出電壓對電容反相充電,當電容電壓愈來愈正,直到比VOH還大時輸出電壓立即從正想飽和值反轉(zhuǎn)為負相飽和值。如此循環(huán)下去,形成方波輸出。輸出方波的周
15、期為:</p><p> (F=) (2-3)</p><p> 2.2.2正弦波發(fā)生電路的工作原理</p><p> 要產(chǎn)生正弦波,應用正弦波振蕩器自激以產(chǎn)生正弦波。本設計采用RC文氏橋振蕩器自激產(chǎn)生正弦波。為調(diào)節(jié)頻率,可在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡中設置電阻R可調(diào)。</p><p> 圖2-2正弦波發(fā)生電路</p&g
16、t;<p> 該電路利用文氏橋振蕩器產(chǎn)生正弦波,當</p><p> 時, (2-4)</p><p> 為滿足||=1,則加入負反饋電路,構成電壓串聯(lián)負反饋,=3時達到振幅平衡條件。其中</p><p><b> (2-5)</b></
17、p><p> 調(diào)節(jié)使>3時可以使電路起振,在調(diào)節(jié)使=3可以達到穩(wěn)幅,輸出正弦波。、在零到158.4k范圍內(nèi)可調(diào),==1.6k可通過調(diào)節(jié),的值而調(diào)節(jié)頻率,從而使輸出頻率滿足10Hz—1000Hz可調(diào)。</p><p> 2.2.3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p> 圖2-3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>
18、 若a點(方波輸出點)斷開,運算發(fā)大器A1與、及、組成電壓比較器。運放的反相端接基準電壓,即U-=0,同相輸入端接輸入電壓Uia,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(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Uo1=+Vcc,則 : </p><p&g
19、t;<b> (2-6)</b></p><p> 將上式整理,得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為:</p><p><b> ?。?-7)</b></p><p> 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為:</p><p><b> ?。?-8)</b>
20、</p><p> 比較器的門限寬度為:</p><p><b> ?。?-9)</b></p><p><b> 方波的振幅為:</b></p><p> 周期T為: (2-10)&l
21、t;/p><p> 圖2-4比較器的電壓傳輸特性圖</p><p> 運放A2與R1、RV2、C1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: (2-11)</p><p> 時, (2-12)</p><p> 時,
22、 (2-13)</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。</p><p> 若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。</p><p> 三角波的幅度為: (2-14)</p>
23、<p> 方波---三角波的頻率f為: (2-15)</p><p> 圖2-4方波---三角波的轉(zhuǎn)換圖</p><p> 2.2.4三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p> 圖2-5三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p> 三角波——正弦波的變換電路主要由差
24、分放大電路來完成。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,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:</p><p><b> 式中 </b></p><p> ——差分放大器的恒定電流;</p>&
25、lt;p> ——溫度的電壓當量,當室溫為25oc時,UT≈26mV。 (2-16)</p><p> 如果Uid為三角波,設表達式為</p><p> 式中Um——三角波的幅度;T——三角波的周期。 (2-17)</p><p> 2.3設計方案及比較</p><
26、p> 2.3.1設計方案一</p><p> 這種方案為正弦波---方波---三角波轉(zhuǎn)換電路,其中正弦波由RC文氏橋振蕩電路產(chǎn)生,再通過過零比較器和積分電路一次轉(zhuǎn)換成方波、三角波。</p><p> 圖2-6正弦波---方波---三角波轉(zhuǎn)換電路</p><p> 2.3.2設計方案二</p><p> 這種方案為方波---三角
27、波---正弦波轉(zhuǎn)換電路,其中由遲滯比較器產(chǎn)生方波,通過積分電路長生正弦波,再通過差分轉(zhuǎn)換電路輸出正弦波。</p><p> 圖2-7方波---三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p> 2.3.3設計方案比較</p><p> 方案一中首先利用RC文氏橋振蕩電路產(chǎn)生正弦波,通過調(diào)節(jié)RV1、RV2實現(xiàn)頻率可調(diào)。同時調(diào)節(jié)兩個電位器保證阻值相等時,由于電位器從零到
28、158.4k連續(xù)可調(diào),實現(xiàn)了輸出頻率的連續(xù)可調(diào)。但是,調(diào)節(jié)時必須RV1、RV2同時調(diào)節(jié)且保證兩個電位器阻值相等,調(diào)節(jié)較為困難。將正弦波轉(zhuǎn)化為方波時,利用了單門限電壓比較器,在理想情況下(運放放大倍數(shù)為無窮大時)可以實現(xiàn)正弦波到方波的轉(zhuǎn)化,但是理想運放是沒有的,所以產(chǎn)生的方波會有一定成都的失真。且單門限電壓比較器抗干擾能力較差,易受到外界干擾,導致輸出錯誤信號。故為了提高電路的抗干擾能力一般不采用該電路。</p><p
29、> 方案二采用遲滯比較器產(chǎn)生方波信號,抗干擾能力較強,且在該電路中調(diào)節(jié)RC的乘積或調(diào)節(jié)反饋比值即可調(diào)節(jié)頻率,調(diào)節(jié)連續(xù)可調(diào)的電位器即可實現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。相對于方案一,該電路提高了了電路的抗干擾能力,避免了外界環(huán)境的干擾。同時,只調(diào)節(jié)一個電位器且無需保證兩個電位器的阻值相等即可實現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。故應選擇方案二作為函數(shù)發(fā)生器電路的實現(xiàn)方案。</p><p><b> 2.3.4實現(xiàn)方案</
30、b></p><p> 實現(xiàn)方案使用的原件及數(shù)量如下:</p><p> 雙運放:μA747(2個);</p><p> 三級管:9013或者BG319(4只)</p><p> 可調(diào)電阻:50kΩ(2只),100k(1只),100Ω(1只)</p><p> 電容:470uf(3只),10uf(1只)
31、,1uf(1只),0.1uf(2只),0.01uf(1只)</p><p> 電阻:100kΩ(1只);2kΩ(2只);6.8kΩ(2只);10kΩ(3只),15kΩ(1只); 20kΩ(3只);51kΩ(1只)</p><p> 實現(xiàn)方案原理圖如下:</p><p> 圖2-8實現(xiàn)方案電路圖</p><p><b> 3
32、電路的仿真</b></p><p> 3.1方波發(fā)生電路的仿真</p><p> 仿真輸出比較理想的方波波形,其中VP-P=25V。</p><p> 圖3-1方波發(fā)生電路的仿真圖</p><p> 3.2正弦波發(fā)生電路的仿真</p><p> 仿真輸出標準的正弦波,其中VP-P=18V。<
33、/p><p> 圖3-2正弦波發(fā)生電路的仿真圖</p><p> 3.3方波---三角波發(fā)生電路的仿真</p><p> 仿真方波---三角波發(fā)生電路,輸出波形比較理想,其中方波峰峰值VP-P=25V,三角波峰峰值VP-P=20V,滿足轉(zhuǎn)換公式。</p><p> 圖3-3方波---三角波發(fā)生電路的仿真圖</p><p
34、> 3.4三角波---正弦波電路的仿真</p><p> 仿真三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路,其中三角波峰峰值Vp-p=1V,正弦波峰峰值VP-P=0.8V。</p><p> 圖3-4三角波---正弦波發(fā)生電路的仿真圖</p><p> 3.5正弦波---方波電路仿真</p><p> 仿真正弦波---方波轉(zhuǎn)換電路,其中正弦波峰
35、峰值VP-P=1V,方波峰峰值VP-P=25V。</p><p> 圖3-5正弦波---方波發(fā)生電路的仿真圖</p><p> 4 電路的安裝與調(diào)試</p><p> 1. 把兩部分的電路接好,進行整體測試、觀察;</p><p> 2. 針對各階段出現(xiàn)的問題,逐個排查校驗,使其滿足實驗要求,即使正弦波的峰峰值大于1V。</p&
36、gt;<p> 圖4-1面包板實物電路的測試</p><p><b> 5 實驗測試結果</b></p><p> 5.1方波的輸出檢測</p><p> 方波檢測圖如下所示,其中峰峰值VP-P=21V,頻率f=333.28Hz。</p><p> 圖5-1方波的輸出檢測圖</p>
37、<p> 5.2三角波的輸出檢測</p><p> 三角波檢測如下圖,其中峰峰值Vp-p=6.2V,頻率f=337.43Hz。</p><p> 圖5-2三角波的輸出檢測圖</p><p> 5.3正弦波的輸出檢測</p><p> 正弦波檢測如下圖所示,其中峰峰值Vp-p=1.2V,頻率f=338.85Hz。</p
38、><p> 圖5-3正弦波的輸出檢測圖</p><p><b> 6 實驗總結</b></p><p> 《模擬電路》簡稱模電,經(jīng)常被我們說成“魔鬼電路”,從其別名就可以看出這門課程對于大多數(shù)學生來說比較難學。課本知識深澀難懂,課程安排也緊很,在本學期模電剛上完之際就進行了考試,然后又接著搞課程設計,所以這次課程設計是一次挑戰(zhàn)。</p&
39、gt;<p> 然而話又這樣說“紙上談兵終覺淺,覺知此事要躬行?!比绻麑W習任何知識,僅從理論上去求知,而不去實踐和探索也是不夠的,所以這次課程設計也是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的任職,而且還及時、真正的做到了學以致用。</p><p> 接到課程設計課題之后我首先回顧了一遍課本,在對基本知識原理更深理解之后我初步設計了一個粗略的電路圖,然后在Proteus上進行了仿真,但是沒
40、有成功,這讓我深刻的理解到知識和實踐并不統(tǒng)一,感覺到這次課程設計的重要性,開始下決心把它做好。</p><p> 于是我到網(wǎng)上搜集相關資料,整理之后再次做出了自己的電路圖,然后再次進行了仿真,這次我成功了,到此終于做完了進行預答辯的課程設計。通過這次課程設計,我掌握了常用元件的識別和測試;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><p>
41、電路板的連接進行的比較順利,但是在測試的時候遇到了很多的問題,最主要的是沒有波形出現(xiàn)或是全部檢測到正弦波。于是我們一遍又一遍的討論、檢查電路連接、測試、再檢查、再測試......電路越來越簡,但是仍然有問題,比如:波形失真。這再次讓我意識到了知識與實踐的不統(tǒng)一。理論是正確的,仿真成功了,但是實踐測試時波形就是不理想。很多事情就是這樣,現(xiàn)實與想象并不一樣。而一名科研人員需要堅持的就是不厭其煩,把想象做成現(xiàn)實。</p><
42、;p> 遇到問題就解決問題。實物連接中,我們一開始很長時間出不來波形,后來發(fā)現(xiàn)將積分電路電容從10uF變到0.1uF時很順利的出現(xiàn)了波形。仿真是10uF時就出現(xiàn)波形的,可是現(xiàn)在0.1uF才出現(xiàn),這應該是電路干擾太嚴重,低頻電路不易實現(xiàn)。</p><p> 除此之外,我還學會了與同學合作。在測試過程中我們一起檢查電路,相互討論問題,使得氣氛很活躍。每個人思考問題的角度不一樣,經(jīng)常討論只會讓我們的思維更加寬
43、闊。</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的理論知識,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> 期待下學期課程設計的到來!</p><p><b> 7 參考文獻</b></p><p> [1] 吳友宇主編·《模擬電子技術基礎》(第二版
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