函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目： 函數(shù)發(fā)生器 專 業(yè)： 10自動(dòng)化（2） 學(xué) 號(hào)： 201010320220 姓 名： 完成日期： 指導(dǎo)教師： 2012-4-30 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)：10自動(dòng)化（2） 姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年4月23日設(shè)計(jì)題目： 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)方波三角波正弦波發(fā)生器，頻率范圍10hz100hz，100hz1khz，1khz10khz ，正弦波upp3v，三角波upp5v，方波upp14v，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。設(shè)計(jì)要求1、調(diào)研，查找并收集資料；2、總體方案設(shè)計(jì)，畫出框圖；3、單元電路設(shè)計(jì)；4、電氣原理設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)繪制電氣原理圖；5、列寫元器件

2、明細(xì)表；6、撰寫設(shè)計(jì)說明書（字?jǐn)?shù)2000左右）7、參考資料目錄。參考資料童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.4版.北京：高等教育出版社康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分.5版. 北京：高等教育出版社博伊爾斯塔德著，李立華譯.模擬電子技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社目錄1、引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12、總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . .

3、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23、單元電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3a、電源電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . .3b、555方波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3c、正弦波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5d、三角波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7e、方波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94、總體電路原理相關(guān)說明總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125、元件清單. . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15引 言盡管近30年來以大規(guī)模集成工藝為依托的各種數(shù)字電路的問世，逐漸代替了各種傳統(tǒng)的模擬電路的應(yīng)用領(lǐng)域，但是物理世界畢竟還是模擬的，與物理世界各種現(xiàn)象的接口，仍然需要靠模擬電路來承擔(dān)。即便在某一功能塊中，模擬電路所占份量可能很少，但是這一部分或許是整個(gè)系統(tǒng)就設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來說最具挑戰(zhàn)性的部分，而且往往在系統(tǒng)性能上起著關(guān)鍵作用。尤其是當(dāng)速度和功率成為至關(guān)重要的因素時(shí)，模擬電路就更顯突出。運(yùn)算放大器和各種模擬集成電路是應(yīng)用最為廣泛的一類模擬器

8、件。隨著及程度的提高、性能的改善，愈來愈受到人們的青睞；在工業(yè)控制、遙控遙測(cè)、儀表儀器等領(lǐng)域成為不可或缺的器件。傳統(tǒng)上隸屬于模擬電子學(xué)領(lǐng)域的很多功能，今天都用數(shù)字形式給予實(shí)現(xiàn)了。然而，物理世界本來就是模擬的，這表明，總是需要模擬電路去適應(yīng)這些物理信號(hào)，像與傳感器相連的電路，以及把模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，供進(jìn)一步處理，和從數(shù)字信息轉(zhuǎn)換回模擬信息供物理世界再利用等這樣一些電路，都還需要用到模擬電路。因此，當(dāng)今的許多應(yīng)用，最好是由混合模式的集成電路（混合模式ic）和系統(tǒng)來提出。它依賴模擬電路與物理世界接口，而數(shù)字電路則用作處理和控制。即便這個(gè)模擬電路或許進(jìn)展這個(gè)芯片面積的一小部分，但它往往卻是設(shè)計(jì)中

9、極具挑戰(zhàn)性的部分，并且在整個(gè)系統(tǒng)的性能上起著關(guān)鍵作用。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段也越來也越先進(jìn)。傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，周期長(zhǎng)、耗材多、效率低，難以滿足電子技術(shù)飛速發(fā)展的要求。“電子工作臺(tái)”，即ewb（electronic workbench），是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用電子設(shè)計(jì)與仿真過程的新技術(shù)，它已被廣泛的應(yīng)用于電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真、印制電路板的設(shè)計(jì)等各項(xiàng)工作之中。ewb為使用者提供了一個(gè)集成一體化的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)環(huán)境，創(chuàng)建電路、試驗(yàn)分析和結(jié)果輸出在一個(gè)集成菜單系統(tǒng)中可以全部完成，使電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了劃時(shí)代的變化，極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率

10、。ewb與電路分析軟件“pspice”完全兼容，而且具有界面形象逼真、操作方便，采用圖形方式創(chuàng)建電路等優(yōu)點(diǎn)。ewb有龐大的原器件庫(kù)和比較齊全的儀器儀表庫(kù)。由于本次實(shí)驗(yàn)是針對(duì)模擬電子和數(shù)字電子的綜合學(xué)習(xí)，個(gè)人認(rèn)為著重點(diǎn)不是完成任務(wù)，而是更好的去學(xué)習(xí)電路的制作，激發(fā)自己的潛能靈感，注重過程。所以，該實(shí)驗(yàn)沒有采用市場(chǎng)上有賣的集成電路來完成，例如ad9833，這快芯片可以很好的產(chǎn)生正弦波，方波，三角波。如果采用了這塊芯片來制作會(huì)很省事，但是做完之后僅僅是熟悉了一塊再簡(jiǎn)單不過的mos芯片。在本設(shè)計(jì)中將采用數(shù)-模結(jié)合的集成電路來實(shí)現(xiàn)方波和三角波的輸出。函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用

11、集成電路。當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可以獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。因此廣泛用于儀器儀表中。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能是產(chǎn)生據(jù)由指定特征，例如頻率、幅度、形狀以及占空比的波形，有時(shí)會(huì)通過適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，將這些特征設(shè)計(jì)成可在外部編程的。一般來說，信號(hào)發(fā)生器是利用某些反饋形式以及像電容那樣其特征與事件有關(guān)的器件儀器來實(shí)現(xiàn)。1、總體方案與原理說明利用硬件元器件設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)發(fā)生器電路，該實(shí)驗(yàn)可以使用普通市電經(jīng)變壓器輸出的波為正弦波再經(jīng)分頻達(dá)到分壓達(dá)到要求的正弦波 ，然后經(jīng)比較器產(chǎn)生占空比為1的方波信號(hào)，再經(jīng)放大器與基本元器件組成的積分電路產(chǎn)生三角波信號(hào) 。也可以用555定時(shí)器產(chǎn)生方波信號(hào)在經(jīng)積分電路產(chǎn)生正

12、弦波三角波等方法，由于ne555是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，本設(shè)計(jì)采用其做最基本的方波發(fā)生器，因此本實(shí)驗(yàn)采用第二套方案。實(shí)驗(yàn)要求如下： a:能產(chǎn)生方波，正弦波，三角波； b：產(chǎn)生的方波頻率范圍10100hz，正弦波為1k-10khz，三角波為0.1-1hz; c: 產(chǎn)生的方波、正弦波、三角波電壓分別為14v、3v、5v； d：信號(hào)發(fā)生器輸出的各種波形失真??；555電路產(chǎn)生的方波信號(hào)占空比可調(diào)很方便，且頻率變化設(shè)置簡(jiǎn)單，555做為最基本最底層部分的扮演著該電路的重要角色，另外將555產(chǎn)生的方波信號(hào)轉(zhuǎn)化成三角波

13、，正弦波少不了運(yùn)放的參與，系統(tǒng)方框圖如圖1-1所示： 圖1-1 總體設(shè)計(jì)2、單元電路a、電源電路：圖2 電源電路市電經(jīng)變壓器降壓后成為12伏的正弦交變電流。l為一保險(xiǎn)管，當(dāng)電路中發(fā)生短路時(shí)可起到保護(hù)作用。交變電流通過4個(gè)整流二極管整流組成全波整流電路后輸出全波電壓，經(jīng)電解電容c1的濾波后負(fù)載在lm7812上，lm7812輸出電壓為12伏直流電壓，電解電容c2的作用也是濾除不穩(wěn)定的電壓信號(hào)，電路中r1a保護(hù)紅色發(fā)光二極管的正常工作，通過紅色發(fā)光二極管的工作狀態(tài)來判斷電源電路的工作狀態(tài)。b、555方波產(chǎn)生電路（如圖1-2） 圖1-2 方波產(chǎn)生電路 該電路是通過施密特觸發(fā)原理使555芯片通過7腳的不

14、斷的充放電使3腳輸出方波信號(hào)，當(dāng)2，6腳的電壓達(dá)到2/3vcc時(shí)7腳放電，當(dāng)7腳的電壓減到1/3vcc時(shí)放電停止，繼續(xù)充電，如此往復(fù)，產(chǎn)生方波信號(hào)，另外能通過調(diào)節(jié)c4使電路的充放電時(shí)間發(fā)生改變，從而能輸出不同頻率的、占空比始終為1的、連續(xù)可調(diào)的、頻率在1khz10khz的方波信號(hào)。當(dāng)電容c4為滿幅時(shí)產(chǎn)生方波信號(hào)為1khz，為零時(shí)產(chǎn)生的方波信號(hào)為10khz。對(duì)此進(jìn)行了仿真，仿真圖形如下圖1-2-1（1khz），1-2-2(10khz)，1-2-3(5khz): 圖1-2-1 圖1-2-2 圖1-2-3 該單元電路的輸出可以作為整個(gè)電路的信號(hào)的載體，承載著積分電路的靈魂角色。c、正弦波發(fā)生電路 如

15、圖（1-3）為設(shè)計(jì)的正弦波信號(hào)發(fā)生器 圖1-3xfg1為信號(hào)發(fā)生器-在這里暫時(shí)替代一下555時(shí)基電路，圖中各元器件的參數(shù)如圖所示，其中r2、r3起調(diào)節(jié)正弦信號(hào)的平衡位置，即電壓的基準(zhǔn)電壓。方波脈沖信號(hào)輸入到5節(jié)點(diǎn)，經(jīng)運(yùn)算放大器與電容電阻構(gòu)成的積分電路輸出正弦波信號(hào)，其頻率與555輸出信號(hào)的頻率相同為110khz，通過實(shí)驗(yàn)比較得知r5兩端的正弦信號(hào)的失真度優(yōu)于7節(jié)點(diǎn)的正弦信號(hào)。仿真電路如圖1-3-1，1-3-2,1-3-3. 圖1-3-1（5khz） 1-3-2（10khz） 圖1-2-3（2khz） 有仿真電路可知正弦信號(hào)存在兩個(gè)待解決的問題：第一， 信號(hào)在110khz的邊緣時(shí)失真較嚴(yán)重；第二

16、， 整個(gè)信號(hào)的電壓范圍沒有達(dá)到要求的5v；解決這兩個(gè)問題非常比較麻煩，電壓用一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻去調(diào)節(jié) ，但怎么樣去實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)呢，僅僅硬件電路是做不到的，波形的失真通過電容的調(diào)節(jié)可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的水平。看似很簡(jiǎn)單但是怎么樣才能做到頻率，電容，電阻的同步變換呢？困擾 那么，怎么樣去解決呢，我覺得可以采用在10000hz時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)輸出波形，當(dāng)頻率減小時(shí)積分電路中的電容充電時(shí)間變長(zhǎng)，放大效果增強(qiáng)，振幅增大，這樣可以用6個(gè)二極管組成的電路限限制振幅在-3.6+3.6v之間，再在這樣的波形上進(jìn)行再次積分，從而達(dá)到要求d、三角波發(fā)生電路 555電路得到的1k10khz的經(jīng)cd4017十分頻后，得到的頻率為100hz1

17、khz，此頻率作為三角波發(fā)生電路的輸入信號(hào)，占空比為1的方波信號(hào)通過放大器與的積分電路處理后，能產(chǎn)生三角波，該電路如圖1-4； 圖1-4（方波積分電路三角波產(chǎn)生電路）xfg1為1001000hz的方波模擬信號(hào)發(fā)生器，xsc1是雙蹤示波器，該積分電路產(chǎn)生的仿真波形如圖1-4-1，1-4-2，1-4-3所示 圖1-4-1（100hz） 圖1-4-2（500hz） 圖1-4-3（1000hz）由仿真器可知該電路也存在上面正弦波相同的兩個(gè)問題；解決方案也同上e、10100hz的方波信號(hào)發(fā)生電路 單元電路四產(chǎn)生的1001000hz的方波信號(hào)再經(jīng)一片10段譯碼器cd4017分頻后，經(jīng)出波形為10100hz

18、的方波信號(hào)，單元電路如圖1-5-1仿真電路如下圖1-5-2，1-5-3（上一級(jí)cd4017產(chǎn)生的信號(hào)頻率分別為100hz、1000hz）； 圖1-5-2 圖1-5-3說明： 可以看出在仿真時(shí)輸出高電平為15v ，是因?yàn)閏d4017的外接電源為15v，固有參數(shù)不好變換，因此在實(shí)際電路中外接將改為12v ，使電路輸出12v 的脈沖信號(hào)有仿真電路可知，方波信號(hào)產(chǎn)生正常。4、總體電路相關(guān)說明市電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變成12v的交流電該交變電流經(jīng)vd1-vd4組成的全波整流電路后成為全波直流信號(hào)，該信號(hào)通過濾波和穩(wěn)壓快lm7812后在經(jīng)濾波最后輸出穩(wěn)定12v的直流電，該電路設(shè)計(jì)少不了一個(gè)震蕩電路要么是方波信號(hào)要么

19、是正弦信號(hào)。如果采用的是正弦信號(hào)，則需要采用微分學(xué)的原理使其微分成方波，再積分成三角波。而本次設(shè)計(jì)采用的是以方波信號(hào)為主要信號(hào)源，在方波的基礎(chǔ)上對(duì)其分頻、積分就形成了題目要求的效果了。下面就電路做大概的說明，555產(chǎn)生1000-10000hz的方波信號(hào)分兩條支路輸出，一、供lm358電容電阻組成的積分電路形成頻率范圍在1000-10000hz的正弦波。二、方波信號(hào)經(jīng)cd4017十分頻后給lm358電容電阻組成的積分電路形成100-1000hz的三角波信號(hào)，另外供給下一個(gè)cd4017十分頻后產(chǎn)生產(chǎn)生10100hz的題目要求的方波信號(hào)。電路中的s1、s2、s3為控制信號(hào)輸出的開關(guān)，要產(chǎn)生不同頻率的

20、波形可以通過c6調(diào)節(jié)。5、總體電路原理圖6、原件清單元件名稱型號(hào)數(shù)目作用注釋變壓器dc220ac12v1變壓保險(xiǎn)絲限流保險(xiǎn)絲1保護(hù)穩(wěn)壓二極管in40174單向?qū)òl(fā)光二極管led1指示電阻r1r9阻值見原理圖9分壓、反饋c1c10容值見原理圖10變?nèi)?，濾波ne555ne5551產(chǎn)生信號(hào)cd4017cd40172分頻運(yùn)放lm3581積分開關(guān)s1-s43控制三端穩(wěn)壓塊lm78121產(chǎn)生ac12v參考文獻(xiàn)1、j.馬庫(kù)斯、 電子電路大全 計(jì)量出版社編輯部組織編譯 19982、鐘文耀、ewb電路設(shè)計(jì)入門與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 20003、王文郁.電力電子技術(shù)應(yīng)用電路.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20014、常

21、光宇、自動(dòng)化使用電路 電子工業(yè)出版社 2001 5、任致程.圖解電子電工電路333例.西安：電子科技大學(xué)出版社，20026、張延琪.常用電子電路280例.北京：中國(guó)電力出版社，20047、林春方、電子線路學(xué)習(xí)指導(dǎo)與實(shí)訓(xùn) 電子工業(yè)出版社 2004 8、張洪潤(rùn)、電子線路及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2005設(shè)計(jì)心得體會(huì)有時(shí)可能擔(dān)心電的知識(shí)是否太奧秘，制作過程是否太復(fù)雜。的確不錯(cuò)，電的技術(shù)發(fā)展得很快：新型的家用電器琳瑯滿目，電腦、彩電和不少現(xiàn)代電器在生活、學(xué)習(xí)、工作中不可缺少。但請(qǐng)記住，它們都是由一個(gè)個(gè)小小的電子元器件和小電路組成的。只有從基本的電的知識(shí)學(xué)起，學(xué)習(xí)用基本電子電路制作一些小的電子作品，才能逐步學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，掌握更高級(jí)的技術(shù)，做更大更復(fù)雜更有意義的電子作品.課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電路設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的