課程設(shè)計--函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計

1、<p>　　目錄 </p><p>　　1. 函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖1</p><p>　　1.1 函數(shù)發(fā)生器的總方案1</p><p>　　1.2 電路設(shè)計的原理框圖2</p><p>　　2. 課程設(shè)計的目的和任務(wù)3</p

2、><p>　　2.1 設(shè)計的目的3</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求3</p><p>　　2.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)3</p><p>　　2.4 課程設(shè)計的時間安排4</p><p>　　3. 各部分電路設(shè)計5</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理5&l

3、t;/p><p>　　3.2 方波——三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理6</p><p>　　3.3 三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理8</p><p>　　3.4 電路的參數(shù)選擇及計算9</p><p>　　3.5 總電路圖10</p><p>　　4. 電路的安裝與調(diào)試12</p><p>

4、　　4.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試12</p><p>　　4.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試12</p><p>　　4.3 總電路的安裝與調(diào)試13</p><p>　　4.4 調(diào)試中遇到的問題及解決的方法13</p><p>　　5. 電路實驗結(jié)果及分析14</p><p>　　

5、5.1 方波實測結(jié)果14</p><p>　　5.2 三角波實測結(jié)果15</p><p>　　5.3 正弦波實測結(jié)果15</p><p>　　5.4 誤差分析及改進(jìn)方法16</p><p>　　6. 實習(xí)總結(jié)17</p><p>　　7. 儀器儀表明細(xì)清單19</p><p>　　8

6、. 參考文獻(xiàn)21</p><p>　　1. 函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖</p><p>　　1.1 函數(shù)發(fā)生器的總方案</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 (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

7、電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。</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?。本課題采用先產(chǎn)生方波—三

8、角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：</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穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)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

9、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>　　1.2 電路設(shè)計的原理框圖</p><p><b>　　圖1 原理框圖</b></p><p>　　2. 課程設(shè)計的目的和任務(wù)</p><p><b>　　2.1 設(shè)計的目的</b></p><

10、p>　　1.掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法；</p><p>　　2.掌握模擬IC器件的應(yīng)用；</p><p>　　3.培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力；</p><p>　　4.掌握常用元器件的識別和測試；</p><p>　　5.熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的任

11、務(wù)與要求</p><p>　　設(shè)計方波——三角波——正弦波函數(shù)信號發(fā)生器</p><p>　　2.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1．設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器；</p><p>　　2．輸出波形：正弦波、方波、三角波；</p><p>　　3．頻率范圍 ：在10－10000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；</p&

12、gt;<p>　　4．輸出電壓：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ>1V；</p><p>　　2.4 課程設(shè)計的時間安排</p><p>　　3. 各部分電路設(shè)計</p><p>　　3.1 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回路即作為遲滯

13、環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC沖、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，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位n 隨時間的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是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對電容反相充電，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

14、-Uz；但是，一旦Un=-Uz再減小，UO就從-Uz躍變?yōu)?Uz，UO從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開是正向充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　同相滯回比較器的電壓傳輸特性曲線</p><p>　　3.2 方波——三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p>&l

15、t;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(fù)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=

16、+Vcc,則 </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

17、><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>

18、<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

19、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>　　3.3 三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路的

20、工作原理</p><p>　　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(qiáng)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(dá)式為：</p><p><b>

21、;　　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><p>　　式中Um——三角波的幅度</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：<

22、/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&

23、gt;<p>　　3.4 電路的參數(shù)選擇及計算</p><p>　　1.方波-三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）</p><p>　　實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時可出來波形）換成0.1uf時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)。</p><p>　　2.三

24、角波-正弦波部分</p><p>　　比較器A1與積分器A2的元件計算如下。</p><p><b>　　由式（3-61）得</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　取 ，則，取 ，RP1為47KΩ的點位器。區(qū)平衡電阻</p><p><b&

25、gt;　　由式 </b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　當(dāng)時，取，則，取，為100KΩ電位器。當(dāng)時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。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

26、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=100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Re2確定。</p><p><b>　　3.5 總電路圖</b></p><p>　　4. 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　4

27、.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1.安裝方波——三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　1. 把LM324集成塊插入插槽，注意布局；</p><p>　　2. 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；</p><p>　　3. 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。</p><p>　

28、　2.調(diào)試方波——三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　1. 接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；</p><p>　　2. 調(diào)節(jié)R6，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；</p><p>　　3. 調(diào)節(jié)R7，微調(diào)波形的頻率；</p><p>　　4. 觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部安裝。</p><p>　　4.2 三角

29、波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1.安裝三角波——正弦波變換電路</p><p>　　（1）在萬用板上接入低通濾波電路；</p><p>　?。?）搭生成直流源電路，注意各電阻的阻值選??；</p><p>　?。?）接入各電容及電位器，注意電容型號的選取，盡量選電容值相等的電容；</p><p>

30、;　　（4）按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。</p><p>　　2.調(diào)試三角波——正弦波變換電路</p><p>　　（1）接入直流源后，把C2、C3接地；</p><p>　?。?）在R8端接入信號源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時記入其最大不失真電壓；</p><p>　　4.3 總電路的安裝與調(diào)試<

31、/p><p>　　1.把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測試、觀察</p><p>　　2.針對各階段出現(xiàn)的問題，逐各排查校驗，使其滿足實驗要求，即使正弦波的峰峰值為4V。</p><p>　　4.4 調(diào)試中遇到的問題及解決的方法</p><p>　　方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級單元電路組成的,在裝調(diào)多級電路時通常按照單元電路的先后順序分

32、級裝調(diào)與級聯(lián)。</p><p>　　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，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計值，否則電路可能會不起振。只要電路接線正確，上電后，接Uo1端時，示波器輸出為方波；接Uo2端時，輸出為三角波。</p><p&

33、gt;　　剛開始連接，進(jìn)行調(diào)試時，只能出現(xiàn)正弦波，后經(jīng)老師指點，原來，電路的接地線接錯了位置，改正后，方波和三角波才調(diào)試出來。</p><p>　　2.三角波---正弦波變換電路的裝調(diào)</p><p>　　按照圖電路，裝調(diào)三角波—正弦波變換電路，電路的調(diào)試步驟如下：</p><p>　　將Uo3端接上示波器，正弦波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象，后經(jīng)老師指導(dǎo)，是因為時，頻率較低，把

34、它替換成0.47納伏，后經(jīng)調(diào)試，波形變得標(biāo)準(zhǔn)些，但不是很標(biāo)準(zhǔn)；后來，老師又讓我們在Re2上并聯(lián)一個小電阻，調(diào)試后，出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)波形。</p><p><b>　　電路實驗結(jié)果及分析</b></p><p>　　5.1 方波實測結(jié)果</p><p><b>　　方波實測結(jié)果</b></p><p>　　5

35、.2 三角波實測結(jié)果</p><p><b>　　三角波實測結(jié)果</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　5.3 正弦波實測結(jié)果</p><p><b>　　正弦波實測結(jié)果</b></p><p>　　5.4 誤差分析及改進(jìn)方

36、法</p><p>　　1、自己的焊接技術(shù)不好，在工藝上無形的改變了某些參數(shù)，對電路造成了許多的影響。</p><p>　　2、在由三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換電路中，在很長的一段時間的測出來的正弦波都是很不規(guī)則的，這個問題是通過減小電容以及并聯(lián)電阻解決的，實際上，分析一下便知，當(dāng)電容過大時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)</p><p><b>　　6. 實習(xí)

37、總結(jié)</b></p><p>　　為期一個星期的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這一個星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)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；進(jìn)一步了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，我還深刻認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的

38、重要性與真實性。而且通過對此課程的設(shè)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(xué)以致用的真諦。也明白老師要求我們做好這個課程設(shè)計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學(xué)的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設(shè)計到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個人感覺調(diào)試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。

39、</p><p>　　其次，這次課程設(shè)計從選題到設(shè)計電路再到參數(shù)設(shè)計以及連接電路到最后調(diào)試電路的過程中體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅，體會到成功來自于汗水，體會到成果的來之不易。在函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計過程中，我們不能只懂得電路板的焊接，關(guān)鍵是明白其工作原理以及出現(xiàn)問題后的對電路板的檢查及修改，如果只懂得焊接的話，將來也只能做一名藍(lán)領(lǐng)工人而無法取得較高的成就。</p><p>　　在實習(xí)

40、過程中，我們遇到了不少的問題。例如在調(diào)試正弦波的過程中，示波器上顯示的波形總是不圓滑、不規(guī)則的，在老師的幫助下，我們通過換小一點的電容以及減小電阻，即再并聯(lián)一個電阻，最后把問題解決，當(dāng)在示波器上看到圓潤的、非常完美的正弦波的那一刻，心情別提有多高興啦，一種滿足感油然而生。此外，實習(xí)過程中也暴露出我們在理論學(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，xx老師不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識點，實在令我感動，在這里，我要特別感謝cc老

41、師的辛勤付出，他讓我掌握了更多的知識，明白了更多的道理。</p><p>　　還有就是在課題中，讓我想起用電等方面安全問題，所以在以后的實習(xí)中我們應(yīng)該注意安全，特別是在特殊的地方或者使用特殊工具時，一定要特別注意，不讓危險事故發(fā)生。</p><p>　　最后用一句話來結(jié)束吧：“實踐出真知”。</p><p>　　7. 儀器儀表明細(xì)清單 </p>&

42、lt;p><b>　　8. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、王港元 《電工電子實踐指導(dǎo)》（第二版）[M] 江西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.</p><p>　　謝自美 《電子線路設(shè)計、課題、測試》（第二版） [M]華中理工大學(xué)出版社，2000</p><p>　　張友漢 《電子線路設(shè)計應(yīng)用手冊》[M] 福建科學(xué)技術(shù)出版社，200