2015年測控大二小學期實習(地大北京).doc

分類號 密級中國地質(zhì)大學（北京）本 科 實 習 報 告題 目 組合函數(shù)信號發(fā)生器及波形 巡回切換電路的設(shè)計與實現(xiàn) 學生姓名 熊林森 學 號 1010132221 學生姓名 鈕月鋒 學 號 1010132227 院（系） 地球物理與信息技術(shù)學院 專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 二零一五 年 七 月摘 要 這次暑期實習的目的是針對我們學過的模擬電子技術(shù)等課程，將所學的理論知識運用到實際。此次小學期實習要求我們自己設(shè)計，焊接，調(diào)試我們經(jīng)常要用到的各種信號源電路，如：方波-三角波-正弦波電路，鋸齒波-階梯波電路。本次實習我們自己動手設(shè)計電路圖，焊電路板，在動手的過程理解電路的原理，在調(diào)試、查錯的過程中學會運用示波器幫助我們找到錯誤的根源。讓我們自己設(shè)計并制作函數(shù)發(fā)生器，克服了純理論教學的枯燥，既激發(fā)我們的學習興趣，加深了我們對集成運算放大器、計數(shù)器等理論知識的理解，又提高了我們的動手能力，加深了我們對自己專業(yè)的了解。關(guān)鍵詞： 仿真；調(diào)制與解調(diào)； 集成運放； 自動切換； 焊接ABSTRACT This summer internship was aimed at the analog electronic technology courses we have learned, and change the theoretical knowledge into practical use. The internship requires us to design, weld and test-run a variety of signal source circuit , such as: square wave - triangle wave sinusoid circuit, sawtooth - ladder wave circuit. The practice of our own hands-on design schematics, weld circuit boards, during this process we understand the principles of the circuit. The debugging, troubleshooting process helps us to learn how to use the oscilloscope to find the source of the error. Our own design and weld a function generator overcoming the boring plain theoretical teaching, not only stimulate our interest in learning, deepen our understanding of the theoretical knowledge of integrated operational amplifiers, counters, etc. also improve our hands-on ability and enhance our understanding of our own profession.Key words: Emulate; Modulation and demodulation; Op-amp integrated; Automatic switchover; Soldering目 錄1 實習任務(wù)及要求.11.1 實習任務(wù).11.2 技術(shù)指標.11.2.1基本部分.11.2.2發(fā)揮部分.11.3 工作流程.11.4 設(shè)計提示.12 設(shè)計過程與方案.22.1方波-三角波產(chǎn)生電路.22.1.1電路原理描述.22.1.2元件值的計算與選擇.32.1.3電路仿真.42,2正弦波產(chǎn)生電路.42.2.1電路原理描述.42.2.2元件值的計算與選擇.52.2.3電路仿真.52.3鋸齒波產(chǎn)生電路.62.3.1電路原理描述.62.3.2元件值的計算與選擇.62.3.3電路仿真.72.4階梯波產(chǎn)生電路.72.4.1電路原理描述.72.4.2元件值的計算與選擇.82.4.3電路仿真.82.5調(diào)幅電路.92.5.1電路原理描述.92.5.2元件值的計算與選擇.92.5.3載波信號電路仿真.102.5.4調(diào)制信號電路仿真.102.5.5乘法器電路.122.5.6振幅調(diào)制電路仿真.122.6準時序產(chǎn)生2s，3s的波形自動循環(huán)控制電路.142.6.1電路原理描述.142.6.2元件值的計算與選擇.152.6.3電路仿真.152.7模擬開關(guān).163 測試記錄.164 實習體會與建議.174.1實習體會.174.2建議.18 參考文獻.18中國地質(zhì)大學（北京）2015年本科實習報告1 實習任務(wù)及要求1.1 實習任務(wù)完成組合函數(shù)信號發(fā)生器的硬件制作。組合波形包括：正弦波、鋸齒波、方波、階梯波、調(diào)幅波。對上述前四種波形進行巡回切換輸出；對調(diào)幅波進行調(diào)幅輸出，分別在示波器上進行觀測。1.2 技術(shù)指標1.2.1 基本部分1、 正弦波、鋸齒波、方波、階梯波的頻率均為1000 Hz，頻率穩(wěn)定度為1000ppm。2、 輸出信號的峰峰值為2V，幅度失穩(wěn)度、波形失真度均小于1%。3、 在一個周期內(nèi)，階梯波的階梯不小于3個，階梯臺階均勻。4、 每種波形的巡回切換時間間隔為2 S。5、 調(diào)幅波的包絡(luò)線頻率為100、200、300 Hz，載波頻率為10000 Hz。1.2.2 發(fā)揮部分對調(diào)幅波的包絡(luò)線進行變頻循環(huán)輸出，頻點為100Hz，200Hz、300Hz，循環(huán)間隔時間為3S。1.3 工作流程1）調(diào)研、查找并收集資料；2）畫出原理框圖；3）單元電路設(shè)計與計算；4）繪制電路圖；5）列元器件明細表；6）電路焊接與調(diào)試；7）撰寫設(shè)計報告。1.4 設(shè)計提示 電路主要由五個模塊組成，包括DC-DC電路、信號產(chǎn)生電路、基準時序產(chǎn)生電路、波形自動循環(huán)控制電路、調(diào)幅電路。其原理框圖如圖1。各模塊功能如下：1） DC-DC電路。實驗室所能提供的供電電壓為12V，而數(shù)字電路工作電壓為5V。因而，可用7805和7905實現(xiàn)5V的工作電壓。若需使用8V，可用7808和7908實現(xiàn)。2） 信號產(chǎn)生電路。主要分為：方波-三角波產(chǎn)生電路，低通濾波電路，鋸齒波產(chǎn)生電路?？梢杂煞e分器和比較器同時產(chǎn)生三角波和方波，其中比較器起電子開關(guān)的作用，將恒定的正、負極性的電位交替地反饋至積分器而得到三角波。三角波經(jīng)低通后可產(chǎn)生正弦波。鋸齒波通過比較運算后可得到階梯波。3） 調(diào)幅電路。采用10KHz載波信號進行AM調(diào)制，對調(diào)幅波的包絡(luò)線進行變頻循環(huán)輸出，頻點為100Hz，200Hz，300Hz。4） 基準時序產(chǎn)生電路。循環(huán)的時間基準由此電路實現(xiàn)。5） 波形自動循環(huán)控制電路。要求方波、正弦波、鋸齒波、階梯波等均能夠自動循環(huán)輸出，且每種波形顯示時間為2S；調(diào)幅波能夠自動變幅循環(huán)輸出，各調(diào)幅波顯示時間為3S。調(diào)制輸出階梯波鋸齒波方波正弦波低通濾波電路方波-三角波產(chǎn)生電路鋸齒波產(chǎn)生電路比較及加法運算電路載波信號發(fā)生電路100Hz調(diào)制信號產(chǎn)生電路200Hz調(diào)制信號產(chǎn)生電路300Hz調(diào)制信號產(chǎn)生電路模擬開關(guān)模擬開關(guān)波形自動循環(huán)控制電路基準時序產(chǎn)生電路手 動 開 關(guān)示波器顯示振幅調(diào)制電路件K選頻電路就波形自動循環(huán)控制電路基準時序產(chǎn)生電路圖1 組合函數(shù)信號發(fā)生器及波形巡回切換電路原理框圖2 設(shè)計過程與方案2.1 方波-三角波產(chǎn)生電路2.1.1 電路原理描述 如將滯回比較器和積分器首尾相接形成反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2-1所示，則比較器輸出方波經(jīng)積分器積分后可得到三角波，三角波又經(jīng)觸發(fā)器自動翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即構(gòu)成了方波-三角波發(fā)生器。圖中運用了TL074組成的運放積分電路。圖2-1方波-三角波發(fā)生電路其中， R7控制電路的震蕩頻率，R5控制方波的幅度，R7控制方波三角波的頻率，R6控制三角波的幅度，實際可調(diào)。2.1.2 元件值的計算與選擇電路震蕩頻率：f=方波幅值：Uom=三角波幅值：Uom=f=1KHz，根據(jù)已有元件選定=10nF，則，。2.1.3 電路仿真圖2-2仿真得到的方波-三角波發(fā)生圖2.2 正弦波產(chǎn)生電路2.2.1 電路原理描述將發(fā)生的三角波經(jīng)過一個一階低通濾波電路，如圖2-3所示，則三角波經(jīng)低通濾波后可產(chǎn)生正弦波。圖中運用了TL074及電容和電阻共同構(gòu)成了低通濾波器。圖2-3方波-三角波-正弦波發(fā)生電路其中，R11控制正弦波的幅度，實際可調(diào)。2.2.2 元件值的計算與選擇通帶放大倍數(shù)Aup=1+特征頻率fo=當f=fo時，Au=故通帶截止頻率fp=fo。f=1kHz，所以RC=0.000159，根據(jù)已有元件取C=0.1uF，R=1.62.2.3 電路仿真圖2-4仿真得到的正弦波發(fā)生圖圖2-5仿真得到的方波-三角波-正弦波發(fā)生圖2.3 鋸齒波產(chǎn)生電路2.3.1 電路原理描述鋸齒波產(chǎn)生電路可在方波發(fā)生器和積分器之間加上兩個二極管以及滑動變阻器來實現(xiàn)，滑動變阻器可用來調(diào)節(jié)占空比。積分電路正向積分的時間常數(shù)遠大于反向積分的時間常數(shù)，或者反向積分的時間常數(shù)遠大于正向積分的時間常數(shù)，那么輸出電壓上升和下降的斜率相差很多，就可以獲得鋸齒波。利用二極管的單向?qū)щ娦允狗e分電路兩個方向的積分通路不同，就可以得到鋸齒波發(fā)生電路。圖2-6鋸齒波發(fā)生電路2.3.2 元件值的計算與選擇根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計算方法，可得出上升時間和下降時間，分別為T1=t1-t02T2=t2-t12 所以振蕩周期：T=占空比：=T=1ms，R3遠大于R2時，T=T2，取R4=2R5，C=10nF，R2=220，R3=100K，考慮到實際電路中頻率便于調(diào)整，加入滑動變阻器R18。調(diào)整滑動變阻器滑動端的位置，可以改變占空比以及鋸齒波上升和下降的斜率。2.3.3 電路仿真圖2-7仿真得到的鋸齒波發(fā)生圖2.4 階梯波產(chǎn)生電路2.4.1 電路原理描述階梯波產(chǎn)生電路可由比較及加法運算電路來實現(xiàn)。設(shè)置三個單限比較器，設(shè)置三個比較電壓，可使鋸齒波斜率比較大的那條線上發(fā)生三次電壓跳變，從而產(chǎn)生三個方波，再通過同相比例加法運算電路使它們疊加，從而產(chǎn)生階梯波。圖2-8鋸齒波發(fā)生電路2.4.2 元件值的計算與選擇要實現(xiàn)三個階梯，需設(shè)置三個閾值電壓，要使階梯均勻，應(yīng)將峰峰值2V平分為4部分，即3個比較器的閾值電壓分別為-0.5V，0V，0.5V，考慮到實驗室可提供12V電壓，故3個外加參考電壓為12V，0V，根據(jù)及已有元件，選擇43K和1.8K電阻。同相比例加法運算電路中R7使用滑動變阻器易于調(diào)節(jié)輸出階梯波的幅值。2.4.3 電路仿真圖2-9仿真得到的鋸齒波-階梯波發(fā)生圖2.5 調(diào)幅電路2.5.1 電路原理描述調(diào)幅電路主要由載波信號發(fā)生電路和調(diào)制信號產(chǎn)生電路兩部分組成。載波信號是10KHz的正弦波信號，調(diào)制信號分別為100Hz、200Hz、300Hz的正弦波信號，均可由RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生。將產(chǎn)生的載波信號和調(diào)制信號通過乘法器運算便可得到振幅調(diào)制信號。圖2-10載波信號與調(diào)制信號經(jīng)過乘法器的總電路2.5.2 元件值的計算與選擇電路振蕩頻率起振的振幅條件：2.5.3 載波信號電路仿真圖2-11仿真得到的載波信號2.5.4 調(diào)制信號電路仿真圖2-12仿真得到的100Hz調(diào)制信號圖2-13仿真得到的200Hz調(diào)制信號圖2-14仿真得到的300Hz調(diào)制信號2.5.5 乘法器電路將產(chǎn)生的載波信號和調(diào)制信號通過乘法器運算便可得到振幅調(diào)制信號。乘法器是由MC1496芯片及一些電容、電阻共同連接而成。 圖2-15乘法器總電路2.5.6 振幅調(diào)制電路仿真圖2-16仿真得到的載波信號與調(diào)制信號經(jīng)過乘法器的結(jié)果2.6 基準時序產(chǎn)生2s，3s的波形自動循環(huán)控制電路2.6.1 電路原理描述 利用NE555產(chǎn)生周期為2s的脈沖電路，然后接入四進制計數(shù)器，其中QA、QB作為模擬開關(guān)CD4052 A、B的輸入，555的輸出端口與74LS161的CLK相連，同時Q0、Q1用7ALSOO與非門輸出到LD端口，將方波，正弦波，鋸齒波和階梯波分別接到模擬開關(guān)上，以達到四個波形周期為2s的自動循環(huán)效果。3s循環(huán)電路原理類似，模擬開關(guān)直接接入調(diào)制電路中，使其3秒自動切換一種頻率的電路顯示。圖2-17 2s電路波形自動循環(huán)控制電路圖2-18 3s電路波形自動循環(huán)控制電路2.6.2 元件值的選擇與計算上圖555定時器組成的電路的震蕩周期T=，T=2s時，取C1=10uF，則R1+2R2=288K，根據(jù)已有元件確定R1=68K，R2=110K同理T=3s時，可確定R3=62K，R4=110K，R5=75K2.6.3 電路仿真由于軟件時間問題，電路仿真將電路中的電容縮小了一千倍，便于觀察仿真波形。圖2-19仿真得到的2s電路輸出脈沖圖圖2-20仿真得到的3s電路輸出脈沖圖2.7 模擬開關(guān)實驗中用CD4052實現(xiàn)了波形自動切換。其中A,B分別與74LS161的QA,QB相連，INH,VSS接地，VDD接+5V，VEE接-5V。3 測試記錄6月29日（星期一）7月1日（星期三）電路設(shè)計及仿真階段。任務(wù)測試現(xiàn)象故障原因解決辦法結(jié)果方波三角波產(chǎn)生電路仿真正常無無正常正弦波電路仿真正常無無正常階梯波-鋸齒波電路仿真鋸齒波出現(xiàn)偏置不明使用加法器正常調(diào)幅波電路仿真正常無無正?；鶞蕰r序及自循環(huán)電路仿真正常無無正常 7月3日（星期五）7月17日（星期五）焊接電路及調(diào)試階段。7月3日：焊接方波-三角波-正弦波發(fā)生電路 現(xiàn)象：方波不出現(xiàn) 解決：拆掉電路重新焊接 結(jié)果：方波波形正常7月5日：焊接方波-三角波-正弦波發(fā)生電路 現(xiàn)象：三角波和正弦波波形正常7月6日：焊接鋸齒波-階梯波發(fā)生電路 現(xiàn)象：鋸齒波頻率正常，但有毛刺 解決：加低通濾波電路 結(jié)果：鋸齒波和階梯波波形正常7月8日：焊接10K載波及100Hz，200Hz，300Hz調(diào)制電路 現(xiàn)象：100Hz正弦波波形的頻率變成200Hz，其他波形皆正常 解決：換上更為精確的電容和負反饋電阻 結(jié)果：100