模擬電子技術課程設計-函數(shù)發(fā)生器

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　學 號： </p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級：電子科學與技術 </p><p>　　指導教師： 工作單位：信息工程學

2、院 </p><p>　　題 目: 函數(shù)發(fā)生器設計 </p><p><b>　　設計目的</b></p><p>　?、俑鶕?jù)本次設計任務的要求完成函數(shù)信號發(fā)生器的設計，裝配與調試；</p><p>　?、谶M一步加深對信號產生及轉換機制的理解，提高實踐動

3、手能力。</p><p><b>　　二、設計內容和要求</b></p><p>　?、?頻率范圍　10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz；</p><p>　　正弦波Upp≈3V，幅度連續(xù)可調，線性失真小。</p><p>　　三角波Upp≈5V，幅度連續(xù)可調，線性失真小。</p>

4、;<p>　　方波Upp≈14V，幅度連續(xù)可調，線性失真小。</p><p>　?、?選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真）</p><p>　　③ 安裝調試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書</p><p><b>　　三、初始條件&l

5、t;/b></p><p>　　可選元件：雙運放μA741兩只，雙三極管3DG130兩對，電阻、電位器、電容若干，直流電源Vcc= +12V，VEE= -12V，或自備元器件。</p><p>　　可用儀器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，毫伏表</p><p><b>　　四、時間安排</b></p><p>　　1

6、．2012年11月18日集中，作課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明。</p><p>　　2．2012年11月18日至2012年12月20日，查閱相關資料，學習電路的工作原理。</p><p>　　3．2012年12月21日至2012年1月24日，電路調試和設計說明書撰寫。</p><p>　　4．2013年1月25日上交課程設計成果及報告，同時進行答辯。

7、</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要 I</b>&l

8、t;/p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 設計內容及要求2</p><p>　　2.1設計的目的及主要任務2</p><p>　　2.1.1設計的目的2</p><p>　　2.1.2 設計任務及要求2</p><p><b>

9、;　　2.2設計思路2</b></p><p>　　3 設計原理及單元模塊設計3</p><p>　　3.1 設計原理及方法3</p><p>　　3.2 單元模塊設計3</p><p>　　3.2.1 RC文氏橋振蕩電路及選頻網(wǎng)絡（含調幅網(wǎng)絡）3</p><p>　　3.2.2 遲滯電壓比較器

10、（含調幅網(wǎng)絡）5</p><p>　　3.2.3 積分器（含調幅網(wǎng)絡）7</p><p>　　3.2.4 總電路圖 ….………………………………………………….………8</p><p>　　4電路的仿真及分析8</p><p>　　4.1 信號發(fā)生器總電路仿真圖8</p><p>　　4.2 仿真結果分析………

11、…………………………………….…………………..8</p><p>　　5．電路調試及參數(shù)測量10</p><p><b>　　6．心得體會11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p>　　附錄（函數(shù)發(fā)生器PCB圖）13</p><p&g

12、t;<b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了以運算放大器uA741為核心器件來構建運算放大器的方法，主要闡述了用uA741搭建的函數(shù)信號發(fā)生器各個模塊的組成部分及各個模塊的工作原理，首先通過RC文氏電橋振蕩電路及選頻網(wǎng)絡產生頻率可調的正弦波，然后通過遲滯電壓比較器將正弦波轉換成為方波，最后通過積分器將方波轉換成為三角波，接上調幅網(wǎng)絡后，就能產生頻率和幅度連續(xù)可調的正弦波，方波

13、和三角波信號。然后，就完成了整個函數(shù)信號發(fā)生器的設計任務。</p><p>　　關鍵詞：uA741；函數(shù)發(fā)生器；正弦波；方波；三角波；振蕩</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　this paper introduces the operational amplifier uA741 as the core

14、device to build operational amplifier method, mainly discusses the uA741 with setting up the function signal generator modules part of each module and the working principle, first through the RC wen's bridge oscillat

15、ion circuit and frequency selective network produces frequency adjustable sine wave, and then through the hysteresis voltage comparator will sine wave into a square wave, and finally through the integrator will square &l

16、t;/p><p>　　Keywords: uA741; Function generator; Sine wave; Square wave; Triangular wave. oscillation</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　當今社會是信息社會，社會的進步離不開電子產品的發(fā)展。函數(shù)信號發(fā)生器能提供頻率和幅度

17、連續(xù)可調的正弦波，方波和三角波等信號，其主要技術指標包括頻率，幅度，線性不失真度等。在通信信息系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)和電子技術應用中，常用到各種正弦波，方波和三角波等信號，比如可應用于無線發(fā)射機中的載波信號源，超外差接收機中的本振信號源，電子測量儀器中的正弦波信號源，數(shù)字系統(tǒng)中的時鐘信號源等?？傊瘮?shù)信號發(fā)生器是學生實驗，電子應用，通信信息和自動控制等專業(yè)領域工作者的常用儀器之一，在生產實踐中的廣泛應用不言而喻。</p>&

18、lt;p>　　當然，隨著電子技術的高速發(fā)展，函數(shù)信號發(fā)生器的實現(xiàn)方案是多種多樣的，然而對電子專業(yè)的本科生而言，還是要選擇原理比較基本，方案較易實現(xiàn)的設計思路，這樣既可以鞏固剛剛學過的模擬電子技術知識，又能通過實際動手進一步加深理解，找出理論與實際的差距所在，對提高專業(yè)素養(yǎng)是大有裨益的。所以縱觀全局，選擇了橋式電路自激振蕩產生正弦波，再經(jīng)電壓比較器產生方波，然后經(jīng)過積分器產生三角波的設計方案。</p><p>

19、;　　在整個函數(shù)信號發(fā)生器的設計過程中涉及到信號的產生以及轉換，運算放大器的典型應用等知識，既是對理論知識的一次回顧，又能找出理論知識與實踐應用的區(qū)別所在，進一步提高實踐動手能力。</p><p><b>　　2 設計內容及要求</b></p><p>　　2.1設計的目的及主要任務</p><p>　　2.1.1設計的目的</p>

20、<p>　?、俑鶕?jù)本次設計任務的要求完成函數(shù)信號發(fā)生器的設計；</p><p>　?、谶M一步加深對信號產生及轉換機制的理解，提高實踐動手能力。</p><p>　　2.1.2 設計任務及要求</p><p>　　① 頻率范圍　10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz；</p><p>　　正弦波Upp≈

21、3V，幅度連續(xù)可調，線性失真??；</p><p>　　三角波Upp≈5V，幅度連續(xù)可調，線性失真?。?lt;/p><p>　　方波Upp≈14V，幅度連續(xù)可調，線性失真小。</p><p>　　② 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。</p><p>　?、?安裝調試并按規(guī)定格式

22、寫出課程設計報告書。</p><p><b>　　2.2設計思路</b></p><p>　　為加深對已學課程的理解，鞏固已學知識，本方案遵循原理較為簡單，方案較易實現(xiàn)的原則。</p><p>　　即首先用RC文氏橋振蕩電路與選頻網(wǎng)絡產生頻率可調的正弦波，然后通過遲滯電壓比較器將正弦波轉換成為同頻率的方波，最后通過積分器將正弦波轉換成為同頻率的

23、三角波，接上調幅網(wǎng)絡后即可產生頻率與幅度連續(xù)可調的正弦波，方波與三角波。</p><p>　　3 設計原理及單元模塊設計</p><p>　　3.1 設計原理及方法</p><p>　　本方案可分為正弦波振蕩器及選頻網(wǎng)絡，遲滯電壓比較器產生方波，積分器產生三角波以及調幅網(wǎng)絡四個模塊，其設計框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1函數(shù)

24、發(fā)生器方框圖</p><p>　　3.2 單元模塊設計</p><p>　　3.2.1 RC文氏橋振蕩電路及選頻網(wǎng)絡（含調幅網(wǎng)絡）</p><p>　　文氏橋正弦波振蕩器是一個沒有信號輸入，依靠自激振蕩產生正弦波輸出信號的電路，它是由C1,C2，C3，C4和R4串并聯(lián)網(wǎng)絡作為選頻網(wǎng)絡，同時有正反饋網(wǎng)絡功能，另外還增加了R2,R3和R7負反饋網(wǎng)絡和反向并聯(lián)二極管D1

25、和D2的穩(wěn)幅電路，其中R8為調幅網(wǎng)絡。RC文氏橋正弦波振蕩器及選頻網(wǎng)絡部分的電路原理圖如圖3-2-1所示</p><p>　　圖3-2-1 RC文氏橋正弦波振蕩器及選頻網(wǎng)絡原理圖</p><p>　　對于RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡， 令，,正反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)為</p><p>　　………………………（式3-1）</p><p><b>　

26、　幅頻特性表達式為</b></p><p>　　………………………（式3-2）</p><p><b>　　相頻特性表達式為</b></p><p>　　………………………（式3-3）</p><p>　　當==或時，幅頻響應有最大值為，此時的相頻響應為。</p><p>　　根據(jù)設計

27、任務要求頻率f為10HZ~10KHZ,所以10HZ10KHZ,令C=200nF,則得到，所以選擇R=100K的雙聯(lián)電位器即可達到要求。</p><p>　　改變頻率不會改變影響反饋系數(shù)和相角，在調節(jié)R和C的參數(shù)時，可實現(xiàn)頻率諧振；在頻率諧振的過程中，電路不會停止振蕩，也不會使輸出幅度改變。因此該選頻網(wǎng)絡決定信號發(fā)生器的輸出信號頻率。</p><p>　　由于時，；為滿足振幅平衡條件,所以加

28、入R2，R3和R7支路，構成電壓串聯(lián)負反饋。RC正反饋網(wǎng)絡滿足相位平衡條件，由于電路中的噪聲信號及其微弱，在振蕩建立期間，應該使該信號做增幅振蕩；因此應該使,保證環(huán)路增益大于1，，這樣頻率為信號就會通過正反饋而使得輸出信號不斷增大，使輸出幅度越來越大，最后利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小的特性，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　3.2.2 遲滯電壓比較器（含調幅網(wǎng)絡）</p>

29、<p>　　利用電壓比較器可以將正弦波轉換成為方波，遲滯電壓比較器電路圖如圖3-2-2所示</p><p>　　圖3-2-2 遲滯電壓比較器電路原理圖</p><p>　　圖中R9為限流電阻，防止輸入過大時損壞運算放大器；輸出回路R12為限流電阻；D5，D6為雙向穩(wěn)壓二極管，完成輸出電壓雙向限幅，使得輸出電壓限制在,能達到輸出電壓的要求；R13為調幅網(wǎng)絡。</p>

30、<p>　　因為,,,參考電壓接地為0V，根據(jù)電壓疊加原理，上限觸發(fā)電平為：</p><p>　　………………（式3-4）</p><p><b>　　下限觸發(fā)電平為：</b></p><p>　　……………（式3-5）</p><p><b>　　回差電壓。</b></p>

31、<p>　　遲滯電壓比較器是在單門限電壓比較器的基礎上加上部分正反饋構成的，由于正反饋的加入，它加速輸出電壓的翻轉過程，特性曲線更為陡直；并且由于遲滯電壓比較器具有回差特性，它具有較強的抗干擾能力，這是因為當輸出電壓一旦跳變后，只要在跳變點的附近的輸入干擾電壓不超過遲滯寬度的值，輸出電壓值將穩(wěn)定不變。</p><p>　　3.2.3 積分器（含調幅網(wǎng)絡）</p><p>　　

32、利用積分器可以將方波轉換成為三角波，積分器電路圖如圖3-2-3所示。</p><p>　　圖3-2-3 積分器電路原理圖</p><p>　　實際電路中，通常在積分電容兩端并聯(lián)反饋電阻R16用作直流負反饋，目的是減小集成運算放大器輸出端的直流漂移。但是。C太小，會加劇積分漂移，若C增大，電容漏電也隨之增大。通常取,。</p><p><b>　　則有<

33、;/b></p><p>　　…………………（式3-6） 當輸入電壓為幅度為V的方波信號時，則有</p><p>　　……………（式3-7）</p><p>　　在1K~10KHZ時，取f=5KHZ，則T=，令，取R14=10K,則C5=10nF=0.01uF。同理，在100~1KHZ時，可得到C6=100nF=0.1uF；在10~100HZ時，可

34、得到C7=1000nF=1uF；所以在10~10KHZ頻率范圍內，此電路可成功地將正弦波轉換成為三角波。</p><p><b>　　3.2.4總電路圖</b></p><p>　　信號發(fā)生器總電路原理圖如圖4-2-4所示。</p><p>　　圖4-2-4 信號發(fā)生器電路原理圖</p><p><b>　　4

35、電路的仿真及分析</b></p><p>　　4.1 信號發(fā)生器總電路仿真圖</p><p>　　利用multisim 12.0仿真軟件對電路進行仿真，總的電路仿真圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 信號發(fā)生器總電路仿真圖</p><p>　　4.2 仿真結果分析</p><p>　　在某一頻

36、率下記錄下的正弦波，方波和三角波仿真圖示如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 正弦波，方波和三角波仿真圖示</p><p>　　仿真結果如表5-2所示</p><p>　　表5-2 各波形仿真結果表</p><p>　　可見，仿真結果能滿足設計任務的要求。</p><p>　　5．電路調試及參數(shù)測量</

37、p><p>　　5.1電路焊接與調試</p><p>　　按照電路圖焊接好硬件電路，接通雙電源，依次進行各個模塊的波形觀測和參數(shù)測定與記錄。</p><p>　　5.2 各波形測定結果</p><p>　　在頻率為10HZ時拍攝下的正弦波，方波和三角波波形圖如圖6-2所示。</p><p>　　圖6-2 正弦波，方波和三角

38、波波形圖</p><p>　　將測定結果記錄于表6-2中。</p><p>　　表6-2 正弦波，方波和三角波測定結果</p><p>　　可見，各波形測定結果能滿足設計任務的要求。</p><p><b>　　6 心得體會</b></p><p>　　本次模擬電子技術課程設計馬上就要結束了，通過

39、本次課程設計，感覺自己學到了很多知識，包括布線焊接知識的鞏固，multisim仿真軟件以及Altium Designer軟件的進一步深化，運算放大器的選用，基本電子元器件（電阻和電容等）的選用，信號的產生以及轉換等等，不僅僅鞏固了理論知識，也極大提高了實踐動手能力。理論是實踐的基礎，實踐又能促進理論的貫通與升華，兩者即是相通的，又有不同之處，只有通過親自設計電路，焊接電路，檢查錯誤，排除錯誤，撰寫報告才能真正地領悟到理論與實踐的相輔相成

40、和它們的聯(lián)系與區(qū)別所在，才能扎實掌握所學知識。</p><p>　　對這次模擬電子技術課程設計，我感覺自己的收獲還不僅僅局限于此，因為實際的電路調試過程，遠非自己原來想象的那么簡單。一次次的查閱教材和其它書籍，一次次地進行理論計算，一次次的焊接元件，一次次的拆卸元件……在不斷的，一次次的重復過程中，有時候真的想放棄，但每當這個時候就告訴自己要想學到知識，就要付出努力，于是我堅持了下來，最終完成了達到指標的作品。當

41、然，進行模電課程設計，也不是全是辛勞，看著自己的作品一點點地趨向完美也是一種巨大的快樂；能和同學們一起調試電路，大家互相探討，相互促進，共同提高，亦不失為一種莫大的享受；進行模電課程設計的日子里，感覺自己的生活和學習更加充實了，心中更是有一種莫名的欣慰。</p><p>　　總之，通過本次模擬電子技術課程設計，我收獲頗豐，感觸良多，以后在扎實掌握理論知識的基礎上，還要更加注重培養(yǎng)自己的實踐動手能力。當然，最后還要

42、感謝老師們，因為有了老師們的諄諄教導和誨人不倦的精神，才有了我們的進步。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]吳友宇．模擬電子技術基礎．北京：清華大學出版社，2009.5．</p><p>　　[2]康光華．模擬電子技術．武漢：華中科技大學出版社，2008.5．</p><p>　　[

43、3]臧春華．電子線路設計與應用．北京：高等教育出版社，2004.7．</p><p>　　[4]童詩白．模擬電子技術基礎．北京：高等教育出版社, 2006.1．</p><p>　　[5]謝自美. 電子線路設計·實驗·測試. 湖北：華中科技大學出版社, 2006.8.</p><p>　　[6]張肅文. 高頻電子線路．北京：高等教育出版社，2

44、004.11．</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　函數(shù)發(fā)生器PCB圖</b></p><p>　　本科生課程設計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字： </p><p>　　年 月 日&l