畢業(yè)設(shè)計（論文）帶電源的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與制作

1、畢業(yè)設(shè)計課 題 名 稱： 帶電源的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與制作 專 業(yè) 班 級： 應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 二o一 一 年 三 月 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書系 部： 自動化系 專 業(yè) 班 級 應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： 二o一一 年 三 月目錄 1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖5 1.1 電路設(shè)計原理框圖5 1.2 電路設(shè)計方案設(shè)計5 2. 各部分電路設(shè)計.6 2.1 方波發(fā)生電路的工作原理6 2.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理7 2.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理10 2.4電路的參數(shù)選擇及計算.132.5 總電路.15 3. 電路仿真.16 3.1 方波-三角波發(fā)生電

2、路的仿真16 3.2三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真.174.實驗總結(jié)185. 儀器儀表明細(xì)清單.196. 參考文獻(xiàn).20 引言函數(shù)發(fā)生器是研究及工程實踐中重要的儀表之一，在電子工程，通信工程，自動控制，測量儀器，儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試過程中，用不同頻率的正弦波，三角波和方波作為信號源，應(yīng)用十分方便，過去常由分立元件及集成運放構(gòu)成振蕩器，分立元件體積大，相對耗能高，故障頻率也高，隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路很快，很方便的構(gòu)成各種信號的波形發(fā)生器，用集成電路的信號波形發(fā)生器雨其他信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量，幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有很多的提高。發(fā)生器根據(jù)用途不同有產(chǎn)生三

3、種和多種波形的發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波，正弦波，三角波的方案有三種，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，通過積分電路后將其變?yōu)槿遣?，也可以產(chǎn)生三角波-方波，再將三角波方波轉(zhuǎn)化為正弦波，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，新材料新器件層出不窮，器件的可選擇性大幅度增加，就是技術(shù)上很成熟的可產(chǎn)生方波，正弦波，三角波的主芯片精密函數(shù)發(fā)生器采用肖特基勢壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬，我穩(wěn)定度高，精度高易于用等優(yōu)點，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產(chǎn)生的方波，正弦波，三角波，其函數(shù)波形

4、的頻率內(nèi)部和外部電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩等波形發(fā)生器。本系統(tǒng)以icl8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)測量使用。一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001hz30khz的低失真正弦波、1函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖1.1 函數(shù)發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器s101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一

5、步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，1.2電路設(shè)計原理框本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如圖1所示：三角波、方波產(chǎn)生電路三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路+ -功放輸出阻抗600輸出阻抗50+15v-15v數(shù)字顯示頻率計（四位）占空比可調(diào)方波 圖1通過波形選擇開關(guān)，

6、可輸出對稱方波、占空比可調(diào)的方波、三角波和正弦波幾種信號輸出頻率分五檔連續(xù)可調(diào)，頻率調(diào)節(jié)范圍幾十赫茲到幾十萬赫茲。輸出信號的電壓幅值連續(xù)可調(diào)，通過精密的衰減器，使輸出幅值可由幾十毫伏調(diào)到十幾伏，輸出頻率通過數(shù)字頻率計顯示其信號頻率大小.該電路由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，三角波正弦波轉(zhuǎn)換，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。2、各部分電路設(shè)計

7、2.1 方波發(fā)生電路的工作原理遲滯比較器和rc負(fù)反饋回路構(gòu)成方波發(fā)生器方波發(fā)生器如圖5.3-34所示，其電路是由一個遲滯比較器和一個rc負(fù)反饋回路構(gòu)成。比較器輸出電壓uo被兩個特性相同的穩(wěn)壓管限幅，在比較過程中，輸出電壓被穩(wěn)定在正負(fù)uz（uz為穩(wěn)壓管vdz的穩(wěn)定電壓、下同）而保持恒定。r1、r2為限流電阻，一般為10100千歐。電路的工作過程是：電源接通時刻（t=0），設(shè)c兩端電壓hc=0比較器輸出電壓uo=+，此時運放同相端電壓為（請將此自己打印出來）當(dāng)uo=+uz時，+uz通過r向c充電，uc隨時間按正指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到略高于fuz時，uo從+uz跳變?yōu)閡z。此后，c經(jīng)r放電uc按

8、負(fù)指數(shù)規(guī)律下降。在c放電期間，u0=-uz，運放同相端電壓為-fuz。當(dāng)uc下降到略低于-fuz時，uo又立刻跳到+uz，回到初始狀態(tài)如此周而復(fù)始，便有方波輸出。uo及uc的波形見圖5.3-34b。圖中（請將此自己打印出來）所以方波的周期為t0為（請將此自己打印出來）由上可以看出，改變r、r3、r4或c，均可改變振蕩頻率。實用中，r常用電位器代替實現(xiàn)對頻率的調(diào)節(jié)2.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 方波三角波產(chǎn)生電路工作原理如下：若a點斷開，運算發(fā)大器a1與r1、r2及r3、rp1組成電壓比較器，c1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即u-=0，同相輸入端接輸入電壓vi

9、a，r1稱為平衡電阻。比較器的輸出uo1的高電平等于正電源電壓+vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-vee（|+vcc|=|-vee|）, 當(dāng)比較器的u+=u-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出uo1從高電平跳到低電平-vee,或者從低電平vee跳到高電平vcc。設(shè)uo1=+vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位uia-為 若uo1=-vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位uia+為 比較器的門限寬度由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。a點斷開后，運放a2與r4、rp2、c2及r5組成反相積分器，其輸入信號為方波uo1，則積分器的輸出uo2為時，時，可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上

10、升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為由以上兩式可以得到以下結(jié)論：1. 電位器rp2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用c2改變頻率的范圍，pr2實現(xiàn)頻率微調(diào)。2. 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+vcc。電位器rp1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。2.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。將電路圖用protel99畫后粘貼進(jìn)來

11、差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時，ut26mv。如果為uid三角波，設(shè)表達(dá)式為式中um三角波的幅度； t三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3） 圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，rp2調(diào)整電路的對

12、稱性，其并聯(lián)電阻re2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容c1,c2,c3為隔直電容，c4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。 三角波正弦波變換電路將電路圖用protel99畫后粘貼進(jìn)來還有三部分沒有設(shè)計功放部分、數(shù)字頻率計部分和電路中需要的15v的直流電源。請把它補上！因為輸出信號功率小，帶不了負(fù)載，需增加功率放大器；產(chǎn)生的信號頻率大小有頻率計顯示；電路需要直流電源。2.4電路的參數(shù)選擇及計算1.方波-三角波中電容c1變化實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將c2從10uf（理論時可出來波形）換成0.1uf時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當(dāng)c2=10uf時，頻率很低，不容易

13、在實際電路中實現(xiàn)。2.三角波-正弦波部分比較器a1與積分器a2的元件計算如下。由式（3-61）得即取 ，則，取 ，rp1為47k的點位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）即當(dāng)時，取，則，取，為100k電位器。當(dāng)時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，r4及rp2的取值不變。取平衡電阻。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容c3、c4、c5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。re2=100歐與rp4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整rp4及電阻r*確定。2

14、.5總電路電路圖中的電阻，用我們常用的符號！3 電路仿真3.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真3.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真請將文檔中所有圖編號說明！4.實驗總結(jié)通過本篇論文的設(shè)計有線路簡單，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實用。時至今日，幾個禮拜的畢業(yè)設(shè)計終于可以畫上一個句號了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中呀！沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)（這是我以前的一種想法），但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面、太偏激了。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識

15、的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 為期一個星期的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這一星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。其次，這次課程設(shè)計提高了我的團(tuán)隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅。在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學(xué)的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啊。實驗中暴露出我們在理論學(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭

16、其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識點，實在令我感動。還有就是在實驗中，好多同學(xué)被電烙鐵燙傷了，這不得不讓我想起安全問題，所以在以后的實驗中我們應(yīng)該注意安全，讓不必要的傷害減至最少。在設(shè)計過程中，我們通過查閱大量相關(guān)資料及向指導(dǎo)教師請教，使我們所學(xué)的知識得到鞏固，又學(xué)到了不少新的知識，也經(jīng)歷許多艱辛。設(shè)計期間我們每天圍著圖板轉(zhuǎn)，吃飯、睡覺都在想怎樣解決遇到的困難及問題，收獲頗多。畢業(yè)設(shè)計不但培養(yǎng)了我們獨立完成任務(wù)的能力，樹立了克服和戰(zhàn)勝困難的信心，而且大大提高了我們獨立思考的能力，使我們充分體會到了在設(shè)計過程中，探索的艱難和成功的喜悅。通過本次設(shè)計我們深深體會到任何理論如果沒有在實踐中得到應(yīng)用，那它

17、只是一些零亂的文字而已。這次設(shè)計使我們懂得了理論和實踐相結(jié)合的重要性；也讓我們意識到拓寬知識面，培養(yǎng)思維創(chuàng)新能力的重要性；當(dāng)然團(tuán)隊合作精神也很重要。我們只有通過不斷的學(xué)習(xí)，在實踐中鍛煉才能提高自己的能力。我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。我還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。還有值得我們自豪的一點就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術(shù)啊，最后用一句話來結(jié)束吧?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”與君共勉。5儀器儀表清單設(shè)計所

18、用儀器及器件1直流穩(wěn)壓電源 1臺2示波器 1臺3萬 用 表 1只4運 放741 1片5電位器50k 2只 100k 1只 100 1只6電阻 510 1只510 1只 600 1只 510 1只 510 1只7. 開關(guān) 2個7功放 1個8面包板 1塊9剪刀把10儀器探頭線 2根11電 源 線 4根6、參考文獻(xiàn)（1）模擬電子技術(shù)（出版社不限）蘇士美（2007年）（2）數(shù)字電子技術(shù)（出版社不限）趙軍（2009.3）（3）電子電路大全（郵電出版社）（4）電子實驗綜合實訓(xùn)教程（機械出版社）（5）電子線路課程設(shè)計指導(dǎo)（高等教育出版社）（6）電子技術(shù)基礎(chǔ)（電子工業(yè)出版）（7）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽試題精解

19、選 （電子出版社）（8）電子測量儀器與應(yīng)用（電子出版社）（9）電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計（機械出版社）（10）電子電路設(shè)計與實踐（山東科學(xué)出版社）（11）集成電路手冊姓 名： 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：第 1 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：確定主題，認(rèn)真復(fù)習(xí)學(xué)生采取的措施：認(rèn)真復(fù)習(xí)參考資料學(xué)生簽名： 李振東 指導(dǎo)教師簽名： 10年 12 月 20 日第 2 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：查閱資料，用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：開始用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名：李振東 指導(dǎo)教師簽名： 10年 12 月 27 日第 3 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：查閱資料，用中小

20、規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：開始用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘學(xué)生簽名：李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 1 月 3 日第 4 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：查閱資料，用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：開始用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名：李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 1 月 10 日第 5 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：查閱資料，用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：開始用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名：李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 1 月 17 日第 6 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：查

21、閱資料，用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：開始用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘學(xué)生簽名：李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 1 月 24 日第 7 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名： 李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 1 月 31 日第 8 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名： 李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 2 月 7 日第 9 次指導(dǎo)主

22、要內(nèi)容記錄教師要求：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名： 李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 2 月 14 日第 10 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名： 李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11 年 2 月 21 日第 11 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：確定主題，認(rèn)真復(fù)習(xí)用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘；學(xué)生采取的措施：認(rèn)真復(fù)習(xí)參考資料用cpld器件的eda技術(shù)設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘 學(xué)生簽名： 李振東 指導(dǎo)教師簽名： 11年 2 月 28 日第 12 次指導(dǎo)主要內(nèi)容記錄教師要求：完成畢業(yè)設(shè)計說明書的編寫；學(xué)生采取的措施：