壓控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、壓控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓名：xxx 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 學(xué)校： 日期：2013.9.12-2013.9.23 摘要 本次課程設(shè)計(jì)中的壓控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器利用直流電流源、集成運(yùn)算放大器、積分電路、差分放大電路、施密特比較反饋電路以及非線性轉(zhuǎn)換電路等器件構(gòu)成電路，通過(guò)改變輸入電壓，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率的調(diào)節(jié)，并變換產(chǎn)生方波、三角波以及正弦波三種信號(hào)波形。同時(shí)，對(duì)輸出波形的頻率及幅度有指標(biāo)要求，從而設(shè)計(jì)出一個(gè)符合要求的壓控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。要求先在仿真軟件仿真好之后，再在實(shí)驗(yàn)室中用示波器顯示需要的波形。關(guān)鍵詞：集成運(yùn)算放大器 差分放大電路 施密特比較反饋電路 目錄1 設(shè)計(jì)概述

2、、任務(wù)及要求4 1.1設(shè)計(jì)概述4 1.2設(shè)計(jì)任務(wù)4 1.3設(shè)計(jì)要求42. 設(shè)計(jì)方案 2.1總體原理框圖 2.2直流電流源 5 2.3 02v直流信號(hào)的產(chǎn)生6 2.4極性變換電路 7 2.5積分放大器 7 2.6非線性轉(zhuǎn)換電路-差分放大器8 2.7比較反饋電路 9 2.8三角波方波總電路103.計(jì)算機(jī)軟件仿真（multisim、ewb）114.組裝與調(diào)試12 4.1總電路組裝與參數(shù)確定 12 4.2調(diào)試 155. 實(shí)驗(yàn)波形166. 使用器件匯總177. 參考文獻(xiàn)188. 心得與體會(huì)191、設(shè)計(jì)概述、任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)概述 函數(shù)發(fā)生器是一種能輸出多波形的信號(hào)源，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波以及鋸

3、齒波等波形，而且輸出信號(hào)的頻率范圍較寬，因而在生產(chǎn)測(cè)試、儀器維修和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面都有廣泛的應(yīng)用，是一種不可缺少的通用信號(hào)源。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)在了解函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)原理及構(gòu)成的基礎(chǔ)上，利用集成運(yùn)算放大器、積分電路以及差分放大電路等器件構(gòu)成電路，設(shè)計(jì)完成一個(gè)壓控型函數(shù)發(fā)生器。通過(guò)改變輸入電壓，實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出頻率的調(diào)節(jié)，并變換產(chǎn)生方波、三角波以及正弦波。1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 用基本集成放大器、三極管及電阻電容等器件設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)易的函數(shù)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波以及鋸齒波等波形。設(shè)計(jì)電路并在 ewb軟件平臺(tái)環(huán)境下進(jìn)行原理仿真，通過(guò)仿真對(duì)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整；對(duì)設(shè)計(jì)好的電路及參數(shù)，在硬件平臺(tái)上

4、搭建電路和調(diào)試；對(duì)電路的實(shí)際輸出、理論計(jì)算、仿真結(jié)果進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因，提出改進(jìn)措施。1.3設(shè)計(jì)要求 電源電壓：12v ； 輸入信號(hào)：直流信號(hào)02v； 輸出信號(hào)：方波信號(hào)0-10v ，三角波信號(hào)4v，正弦波信號(hào)2v； 輸出信號(hào)頻率：0-10khz； 頻率轉(zhuǎn)換誤差：小于30hz； 其他要求：輸出信號(hào)波形均無(wú)明顯失真。 2、設(shè)計(jì)方案 2.1總體原理框圖2.2直流電流源 2.2.1原理框圖 直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220v（或380v）50hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 .電路實(shí)現(xiàn) 2.3 02v直流信號(hào)的產(chǎn)生電路 2.3.1電阻電位分壓產(chǎn)生 對(duì)的要求為的直流電壓，故采用電阻電位分壓。 2.

5、3.2 跟隨器 運(yùn)算放大器組成電壓跟隨器作為緩沖級(jí)，根據(jù)其輸入阻抗大輸出阻抗小的特點(diǎn)，使信號(hào)可以接近無(wú)衰減的傳輸?shù)较乱患?jí)。 在實(shí)際操作中，遠(yuǎn)方輸入端電阻主要用于平衡，減小失調(diào)電流引起的誤差，開始可以不考慮；運(yùn)放的反饋端由于沒有電阻會(huì)造成一定的信號(hào)傳輸誤差，故在調(diào)試階段可以加一個(gè)小電阻來(lái)進(jìn)行誤差調(diào)整。實(shí)際操作中可選擇r1=5k, r2=1k(滑動(dòng)變阻器)。2.4極性變換電路 運(yùn)用三極管的開關(guān)特性，用u4電壓控制三極管q1的導(dǎo)通與斷開，當(dāng)q1斷開（截止），運(yùn)算放大器ar2電路為同相放大器與反向放大器的結(jié)合，u1、u2之間滿足關(guān)系： （3） 當(dāng)q1閉合（飽和），ar2電路則為純反向放大器，u1、u2

6、之間的關(guān)系式應(yīng)滿足關(guān)系： （4） 根據(jù)運(yùn)算放大電路的電阻平衡原則和極性變換電路僅需改變電壓的極性而不改變絕對(duì)電壓的大小原則，各電阻之間應(yīng)滿足關(guān)系：； ； 故有：、三極管截止時(shí)即開關(guān)斷開時(shí) 、三極管飽和時(shí)即開關(guān)閉合時(shí) 因此，當(dāng)三極管以一定頻率在飽和與截止變換時(shí)，極性變換電路輸出的電壓u2就為up-p=2u1的方波。2.5積分放大器該電路利用電容的充放電原理，積分輸出的u3為根據(jù)運(yùn)算放大器的電阻平衡原則，此時(shí)，輸出波形即為三角波。2.6非線性轉(zhuǎn)換電路差分放大器（三角波-正弦波）差分放大電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)、抑制零點(diǎn)漂流的特點(diǎn)，利用其傳輸特性的非線性可以將頻率較低的三角波轉(zhuǎn)化

7、為正弦波。在實(shí)際操作中為了得到較好的正弦波形，需要注意調(diào)節(jié)三角波幅值使其大小正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)；調(diào)節(jié)電容大小可以改善波形：利用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，以避免圖形失真。2.7比較反饋電路（三角波方波）該電路為施密特比較反饋電路，將三角波變換為方波，由施密特電路原理可知，當(dāng)，會(huì)變換極性，利用二極管的單向?qū)ㄐ裕玫絻H有正向電壓的方波信號(hào)，其中電壓之間滿足的關(guān)系為2.8三角波方波總電路因?yàn)椋?所以：由上式得到三角波的頻率為因此，根據(jù)公式得到定值，輸出信號(hào)頻率與控制電壓呈線性關(guān)系，達(dá)到了電壓控制函數(shù)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率的目的。 3.計(jì)算機(jī)軟件仿真 3.1直流電源仿真（multisi

8、m） 3.2方波三角波仿真（ewb） 3.3三角波正弦波仿真（ewb） 4.組裝與調(diào)試4.1總電路組裝與參數(shù)確定參數(shù)確定的原則：在提供的實(shí)驗(yàn)器材基礎(chǔ)上，根據(jù)所設(shè)計(jì)電路及所要達(dá)到的級(jí)數(shù)指標(biāo)要求，確定最佳參數(shù)。 4.1.1壓控電路的參數(shù)確定 根據(jù)關(guān)系式，結(jié)合實(shí)際可取v1=12v，r1=5k，r2為1k的滑動(dòng)變阻器。 在其中跟隨器電路的反饋支路上中，由于是運(yùn)算放大器的、p極有電阻不平衡，因而在電路的實(shí)際工作中可能出現(xiàn)誤差，但其影響極小，在其后的誤差調(diào)整中，為了達(dá)到更高的精度要求，可以選擇在此處添加一個(gè)小電阻。4.1.2極性變換電路的參數(shù)確定 在滿足運(yùn)算放大器工作平衡的條件下，。4.1.3、積分電路的

9、參數(shù)確定 積分電路在整個(gè)函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)中是最為關(guān)鍵的部分，尤其是對(duì)工作頻率的影響尤為重要，由式 可知，在uref已定的條件下，頻率在已定u1變化區(qū)間已定的控制下，其變化范圍就由r7、c1來(lái)決定，而為了使電路在高頻下正常功過(guò)，電容c1選擇0.01f，相應(yīng)可得知r7的取值在1.1k1.3k范圍內(nèi)，為調(diào)試方便，課選用滑動(dòng)變阻器代替，既有利于函數(shù)發(fā)生器，頻率變化的精度，又有利于在調(diào)試過(guò)程中操作的方便性。4.1.4、比較反饋電路的參數(shù)確定 比較電路為施密特電路，其翻轉(zhuǎn)電壓直接決定了三角波的幅值，有式可知，三角波的幅值，在u4 已定的條件下，僅決定于r9、r10的大小，因而運(yùn)用課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)a=4的

10、要求來(lái)確定電阻的大小，取、。4.1.5、差分放大電路的參數(shù)確定 在滿足運(yùn)算放大電路正常工作產(chǎn)生較好的正弦波形的同時(shí)，滿足正弦波的幅度調(diào)節(jié)范圍要求各個(gè)器件的取值：、為100k的滑動(dòng)變阻器。其中r13、r14的選取是考慮進(jìn)入非線性轉(zhuǎn)換電路的三角波幅值不可過(guò)大的要求，且其幅值具有較大的可變動(dòng)范圍；r15、r21是差分放大電路的平衡電阻，差分電路的平衡與否直接影響所輸出正弦波的對(duì)稱性；r16、r17為集電極電阻，取之較大是為了得到合適的ic值；而電阻r18、r19的選取，主要出于差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；r22選取較大的電阻則是為了使最終輸出的正弦波具有較大的幅值變化范圍。4.2調(diào)試 1、電路調(diào)試過(guò)程

11、中，三角波幅值與要求不相符，這時(shí)調(diào)節(jié)中的滑動(dòng)變阻器使幅值為4v 2、電路調(diào)試過(guò)程中，方波幅值與要求不相符，這時(shí)改變、的大小可以使方波幅值為010v 3、頻率變化范圍并未達(dá)到010khz，這時(shí)調(diào)節(jié)積分器與極性變換電路之間的滑動(dòng)變阻器，使頻率達(dá)到要求，必要時(shí)加入補(bǔ)償電路，在其兩端并聯(lián)一個(gè)級(jí)的電路， 4、對(duì)于正弦波產(chǎn)生電路的調(diào)試，先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使差分放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)合適，再調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使正弦波形達(dá)到要求,最好是兩個(gè)滑動(dòng)變阻器一起調(diào)試，可以得到講好的正弦波形。 5、調(diào)正弦波時(shí)，波形出現(xiàn)毛刺或者不光滑現(xiàn)象，這時(shí)分別改變100和10的電容來(lái)調(diào)整。 5.實(shí)驗(yàn)波形 5.1三角波 5.2方波 5.3正弦波

12、 根據(jù)這三個(gè)波形可見，整個(gè)函數(shù)示波器，在圖形輸出上達(dá)到了較好的效果，據(jù)課程設(shè)計(jì)的實(shí)體的各個(gè)參數(shù)的具體測(cè)量，壓控頻率的變化具有較好的線性關(guān)系。 6使用器件匯總名稱型號(hào)數(shù)量說(shuō)明定值電阻1k21.2k13k16.1k16.8k210k612k120k4100k1滑動(dòng)變阻器1k110k3100k1電容0.0111011001晶體管二極管1使輸出單極性電壓的方波三極管4集成運(yùn)算放大器lf3532共8個(gè)引腳，每個(gè)上面有兩組運(yùn)算放大器示波器gos-60211觀察波形狀況，以便調(diào)試數(shù)字萬(wàn)用表m98031測(cè)試控制電壓大小、調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)、測(cè)電阻大小、測(cè)試各點(diǎn)電壓大小直流穩(wěn)壓電源gps-33031提供12v直流電壓源和地線 7.參考文獻(xiàn)1、 童詩(shī)白，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版，高等教育出版社2、 楊上河，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，西安電子科技大學(xué)出版社 8.心得與體會(huì) 首先，真的挺高興的，因?yàn)榻?jīng)過(guò)近兩周的努力與付出，終于要將此次課程設(shè)計(jì)完成了，雖然有時(shí)挺累的，但是現(xiàn)在的自己還是充滿了喜悅感與滿足感。然后，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)一方面鞏固了我們上學(xué)期學(xué)的模擬電子技術(shù)理論知識(shí)，另一方面使同學(xué)們的動(dòng)手操作能力得到了提高。當(dāng)然，也讓大家意識(shí)到了理論與實(shí)際還是有一些區(qū)別的，比如我們用ewb仿真出來(lái)的一些特定參數(shù)的器件在實(shí)驗(yàn)室或生活之際中是沒有的，這時(shí)需要我們耐心地去調(diào)試。除此之外，由于我的仿