課程設(shè)計---函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計報告

1、<p>　　函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計報告</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　設(shè)計一個方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器，要求：</p><p>　　頻率范圍 1-10Hz，10-100Hz</p><p>　　2、輸出電壓 方波 Upp≤24V；三角波 Upp=8V；正弦波 Upp&

2、gt;1V</p><p>　　3、波形特性 方波 tr<100μs；三角波非線性失真系數(shù) yΔ<26；正弦波非線性失真系數(shù) y～<5%</p><p>　　二、設(shè)計的作用、目的</p><p>　　1、使學(xué)生進(jìn)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>　

3、　2、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(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?lt;/p><p>　　3、學(xué)會運(yùn)用Multisim仿真軟件對所作出的理論設(shè)計進(jìn)行仿真測試，并能進(jìn)一步完善設(shè)計。</p><p>　　4、掌握常用元器件的識別和測試，熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法</p><p><b>　　三、設(shè)計方案的思路</b></p>

4、;<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)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。</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

5、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?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?lt;/p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，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放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點(diǎn)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

6、輸特性曲線的非線性。</p><p>　　四、函數(shù)發(fā)生器的具體方案</p><p>　　4.1、函數(shù)發(fā)生器設(shè)計原理</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器組成框圖，主要有RC橋式振蕩電路，過零比較器，積分器三大主要模塊電路構(gòu)成。</p><p>　　經(jīng)過RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波波 ，再經(jīng)過零比較器產(chǎn)生方波，然后由積分器產(chǎn)生三角波。其總的原理設(shè)計框如

7、圖：</p><p>　　4.2、正弦波產(chǎn)生電路</p><p>　　在正弦波振蕩電路中，一要反饋信號能夠取代輸入信號，所以電路中必須引用正反饋；二要有外加選頻網(wǎng)絡(luò)，用以確定振蕩頻率。</p><p>　　在正反饋過程中，X。越來越大。由于晶體管的非線性特征，當(dāng)X。的幅值增大到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值將減小。因此，X。不會無限制的增大，當(dāng)X。達(dá)到一定數(shù)值時，電路達(dá)

8、到動態(tài)平衡。這時，輸入量通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生反饋量作為放大電路的輸入量，而輸入量又通過放大電路維持著輸出量</p><p><b>　　、</b></p><p>　　正弦波振蕩的條件為:</p><p>　　由上圖得出正弦波振蕩的條件為：</p><p>　　根據(jù)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及上述平衡條件容易得到RC正弦波振蕩

9、電路的振蕩頻率為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　振蕩的幅度平衡條件| |是表示振蕩電路已達(dá)到穩(wěn)幅振蕩時的情況。若要振蕩電路能夠自行起振，開始時必須滿足的幅度條件。</p><p>　　已知當(dāng)時，，由此可求得振蕩電路的起振條件為：</p><p>　　同相比例運(yùn)算電路輸出電壓與輸入電壓之間

10、的比例系數(shù)為： （即 RF=2R′）</p><p><b>　　調(diào)頻和調(diào)幅原理</b></p><p>　　調(diào)頻原理：根據(jù)RC振蕩電路的頻率計算公式可知，只需改變R或C的值即可，本方案中采用兩個可變電阻R1和R7同時調(diào)節(jié)來改變頻率。</p><p>　　調(diào)幅原理：本方案選用了最簡單有效的電阻分壓的方式調(diào)幅，在輸出端通過電阻接地，輸出信號的幅

11、值取決于電阻分得的電壓多少。其最大幅值為電路的輸出電壓峰值，最小值為0。</p><p>　　RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性可以表示為</p><p>　　令則上式可簡化為，以上頻率特性可分別用幅頻特性和相頻特性的表達(dá)式表示如下：</p><p><b>　　| |</b></p><p><b>　　，

12、 </b></p><p>　　正弦波Multisim電路仿真圖：</p><p><b>　　結(jié)果輸出圖：</b></p><p>　　4.3、正弦波——方波工作原理</p><p>　　用過零比較器將正弦波轉(zhuǎn)換為方波。過零比較器的電壓傳輸特性如下：</p><p>　　Multis

13、im電路仿真圖：</p><p><b>　　結(jié)果輸出圖：</b></p><p>　　4.4、方波——三角波工作原理</p><p>　　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

14、 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(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>　　積分器的輸出Uo2為　</p>&

15、lt;p><b>　　時，</b></p><p><b>　　時，</b></p><p><b>　　其幅度為</b></p><p>　　方波-三角波的頻率f為</p><p>　　Multisim電路仿真圖：</p><p><b&g

16、t;　　結(jié)果輸出圖：</b></p><p>　　4.5、三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　可以通過低通濾波電路，或者帶通濾波電路實(shí)現(xiàn)三角波和正弦波的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)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

17、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(dá)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Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為</p>

18、<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2.2.4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><p>　　圖2.

19、2.3為實(shí)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>　　6、總電路仿真及結(jié)果</p><p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</b></p><p>　　電路通過RC橋

20、式振蕩器，過零比較器，積分器的依次連接，產(chǎn)生正弦波，方波，三角波。電路元器件參數(shù)的選擇要經(jīng)過計算，達(dá)到符合要求,否則會造成圖形的失真。RC振蕩電路中數(shù)應(yīng)該注重R1、R2、C1的選擇符合頻率的要求，負(fù)反饋段要滿足｜Au｜>3；正弦波轉(zhuǎn)化為方波時主要是確定穩(wěn)壓二極管兩端的電壓，符合電壓幅值的要求；方波轉(zhuǎn)化為三角波時通過調(diào)整電阻R8和C3大小。</p><p><b>　　六、心得體會及建議</b

21、></p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我了解與掌握模擬電子電路分析和設(shè)計的基本原理和大致過程。經(jīng)過具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計操作，增強(qiáng)了自己分析問題與解決問題的能力。</p><p>　　理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過對課題的總結(jié)與分析，經(jīng)過上網(wǎng)及圖書館的資料查閱，與同學(xué)們的探討，更深的認(rèn)識到技術(shù)的支撐是靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)邏輯與實(shí)踐的檢驗(yàn)，通過自己的思考以及跟同學(xué)們的交流，明白了函數(shù)信號發(fā)生器的機(jī)理，使自

22、己的實(shí)踐能力有了提高。將課程中所學(xué)的知識運(yùn)用到實(shí)踐中去。</p><p>　　通過對multisim軟件仿真的操作，經(jīng)過反復(fù)的計算和調(diào)試，逐漸初步掌握了multisim的應(yīng)用。</p><p>　　經(jīng)過本次課程設(shè)計，以后會更加努力的學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時要把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，提高自己的動手能力。在以后的學(xué)習(xí)中要勤于思考，善于分析和解決問題，同時也要學(xué)會和同學(xué)相互討論，相互學(xué)習(xí)，使自己的能

23、力逐步提高。</p><p><b>　　七、附錄</b></p><p><b>　　元器件明細(xì)表</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 華成英·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)·2005·高等教育出版社</

24、p><p>　　[2] 李萬成·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計·2001·哈爾濱工程大學(xué)出版社</p><p>　　[3] 張玉璞· 電子技術(shù)課程設(shè)計[M] ·2003北京理工大學(xué)出版社</p><p>　　[4] 孫梅生，李美鶯，徐振英·電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計[M] ·高等教育出版社</p>