《模拟电子技术基础》课程设计说明书-函数发生器的设计.doc
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1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名: 专业班级:电子科学与技术0801班指导教师: 工作单位: 信息工程学院 题 目: 函数发生器的设计 初始条件: 可选元件:双运放A741两只,双三极管3DG130两对,电阻、电位器、电容若干,直流电源Vcc= +12V,VEE= -12V,或自备元器件。可用仪器:示波器,万用表,直流稳压源,毫伏表要求完成的主要任务: (1)设计任务根据已知条件,完成对方波三角波正弦波发生器的设计、装配与调试。(2)设计要求 频率范围10100Hz,100 Hz1KHz,1 KHz10 KHz;正弦波Upp3V,幅度连续可调,线性失真小。三角波
2、Upp5V,幅度连续可调,线性失真小。方波Upp14V,幅度连续可调,线性失真小。 选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图,阐述基本原理。(选做:用PSPICE或EWB软件完成仿真) 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。时间安排:1、 2010年1月12日分班集中,布置课程设计任务、选题;讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求;课设答疑事项。2、 2010 年1月13日 至2007年1月19日完成资料查阅、设计、制作与调试;完成课程设计报告撰写。3、 2010 年1月19日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。指导教师签名: 年
3、月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目 录摘要.II 绪论.IIIAbstract.IV1 函数发生器的总方案及原理框图.11.1 电路设计原理框图.1 1.2 路设计方案设计.12设计的目的及任务.2 2.1 课程设计的目的.22.2 课程设计的任务与要求.2 2.3 课程设计的技术指标.23单元电路设计、参数计算及器件选择.3 3.1 方波发生电路的工作原理.33.2方波-三角波转换电路的工作原理.3 3.3三角波-正弦波转换电路的作原理.6 3.4电路的参数选择及计算.7 3.5总电路图.84 电路仿真. 94.1 方波-三角波发生电路的仿真.9 4.2 三角波-正弦波转换电路的
4、仿真.105电路的安装与调试.11 5.1 方波-三角波发生电路的安装与调试.115.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试.11 5.3 总电路的安装与调试.11 5.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法.116电路的实验结果.136.1 方波-三角波发生电路的实验结果.136.2 三角波-正弦波转换电路的实验结果.136.3 实测电路波形、误差分析及改进方法.137 实验总结. 15参考文献.16附录 元件清单.17附录 整体电路图.18摘 要函数(波形)信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等)信号,频率范围可从几个微赫到几十兆赫函数
5、信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于其他非电测量领域。 通过对模拟电子基础的学习,我运用运放741制作了一个能产生方波,三角波以及正弦波的函数型号发生器。关键字:运放741;方波;三角波;正弦波;函数型号发生器。Abstract Function (waveform) signal generator. It can produce certain periodic function
6、of time waveforms (sine, square, triangle wave, sawtooth wave and pulse wave, etc.) signal, the frequency can range from a few micro-Hz to a few tens MHz.Function Generator circuit experiments and detection equipment with a very wide range of uses. For example, in telecommunications, broadcasting, t
7、elevision systems, the need to radio-frequency (HF) emission, where the radio waves is the carrier, the audio (low frequency), video signal or pulse signal carried out, it is necessary to produce high-frequency oscillator. In addition to communications, instrumentation and automatic control system t
8、esting, but also widely used in other non-electric measurement. Through analog electronics-based learning, I used the op amp can produce 741 produce a square wave, triangle wave and sine wave function generator model. Keywords: Op-Amp 741; square; triangular wave; sine wave; function model generator
9、. 1绪 论随着我国科学技术势力不段提高,以及世界科学水平也在飞速发展。大规模集成电路再不同的领域也越来越被利用,不论在工业,还是在其他方面都起着举足轻重的作用。现代电子技术的快速发展,信号的产生运用于各领域中。函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设
10、计方法。1函数发生器总方案及原理框图1.1 原理框图1.2 函数发生器的总方案 产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法,由比较器和积分器组成方波三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成
11、正弦波。波形变换的原理是利用差分放大性非线性。2课程设计的目的和要求2.1 设计目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟IC器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4掌握常用元器件的识别和测试5熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法2.2设计任务 设计方波三角波正弦波函数信号发生器2.3课程设计的要求及技术指标1.频率范围10100Hz,100 Hz1KHz,1 KHz10 KHz;2.正弦波Upp3V,幅度连续可调,线性失真小。3.三角波Upp5V,幅度连续可调,线性失真小。4.方波Upp14V,幅度连续可调,线性失真小。3各组成部分的工作原理3.1 方波发生电路的工作原理 此电路由
12、反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电,如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,Un趋于+Uz;但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后,Uo又通过R3对电容C反向充电,如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低,当t趋于无穷大时,Un趋于-Uz;但是,一旦Un=-Ut,再减小,Uo就从-Uz跃变为+Uz,Up从-Ut跃变为+Ut,
13、电容又开始正相充电。上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。3.2 方波-三角波转换电路的工作原理方波三角波产生电路工作原理如下:若a点断开,运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压,即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vee(|+Vcc|=|-Vee|), 当比较器的U+=U-=0时,比较器翻转,输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则 将上式整理,得比较器翻转的下门限单位
14、Uia-为若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为比较器的门限宽度由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图3-71所示。a点断开后,运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出Uo2为时,时,可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系下图所示。a点闭合,既比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波的幅度为方波-三角波的频率f为由以上两式可以得到以下结论:1. 电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时,不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽,可用C2改变频率的范围,PR2实
15、现频率微调。2. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率。3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器,可以有效的抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明,传输特性曲线的表达式为:式中差分放大器的恒定电流;温度的电压当量,当室温为25oc时,UT26mV。如果Uid为三角波,设表达式为式中Um三角波的幅度;
16、 T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波,由图可见:(1) 传输特性曲线越对称,线性区越窄越好;(2) 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。(3) 图为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度,Rp2调整电路的对称性,其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容,C4为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。3.4电路的参数选择及计算1.方波-三角波中电容C1变化(4) 实物连线中,我们一开始很长时间出不来波形,后来将C2从10uf(理论时可出来波形)换成0.1uf时,顺利得出波形。实际上,分析一下便知当C2=10uf时,频率很低,不
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