模擬電子技術(shù)大作業(yè)

1、模擬電子技術(shù)大作業(yè)2015-2016學(xué)年第二學(xué)期 題 目： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 14電子 2班 成 員： 丁錢（21406022007） 方佳奇 （21406022009） 馮明俠 （21406022010）成 績： _姓名分工自評(píng)分總評(píng)分丁錢電路設(shè)計(jì)92馮明俠實(shí)驗(yàn)報(bào)告整理85方佳奇檢查核對(duì)數(shù)據(jù)85小組互評(píng)分教師評(píng)分組別分?jǐn)?shù)組別分?jǐn)?shù)組別分?jǐn)?shù)組別分?jǐn)?shù)170488787102895928901138268598012小組互評(píng)答辯環(huán)節(jié)記錄：一、簡介在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測量，因而如何根據(jù)被測量電子信號(hào)的不同特征和測量要求，靈活、快速的選用不同特

2、征的信號(hào)源成了現(xiàn)代測量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘?hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測試信號(hào)，提供給被測電路，以滿足測量或各種實(shí)際需要。波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號(hào)。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)

3、生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號(hào)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)。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號(hào)。在測試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提

4、供符合所定技術(shù)條件的電信號(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號(hào)源。當(dāng)測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。信號(hào)源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、矩形脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。正弦信號(hào)是使用最廣泛的測試信號(hào)。現(xiàn)在,我們通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出正弦波、方波、三角波的簡易發(fā)生器。眾所周知，制作函數(shù)發(fā)生器的

5、電路有很多種。本次設(shè)計(jì)先通過RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，這是一種頻率可調(diào)的移相式正弦波發(fā)生器電路，其頻率穩(wěn)定一般為實(shí)驗(yàn)所確定，然后可以通過改變電容值來改變再通過電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號(hào)。它的制作成本不高，路簡單，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源。信號(hào)發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。該函數(shù)發(fā)生器要求能輸出頻率范圍可調(diào)的正弦波、方波和三角波，能夠很好的實(shí)現(xiàn)本次試驗(yàn)的目的,將一些線性和非線性的元件與集成運(yùn)放組合,輸出性能良好的波形.由正弦波、方波或三角波的發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，通過相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)多種波形的輸出。正弦波

6、可以由RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生，之后通過過零比較器可產(chǎn)生方波，再積分可得三角波。通過調(diào)節(jié)RC振蕩電路中的振蕩電阻來實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)。通過調(diào)節(jié)比例運(yùn)算電路的反饋電阻來實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)，最終做成要求的函數(shù)發(fā)生器。二、設(shè)計(jì)目的1.學(xué)習(xí)由運(yùn)算放大器組成的正弦波方波三角波發(fā)生器電路，提高對(duì)運(yùn)算放大器非線性應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。2掌握正弦波方波三角波發(fā)生電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。三、設(shè)計(jì)任務(wù)正弦波-方波三角波函數(shù)發(fā)生器 輸出波形頻率范圍為10Hz10kHz且連續(xù)可調(diào)； 正弦波幅值為2V； 方波幅值為2V； 三角波峰-峰值為2V。四、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1、正弦波可以由RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生，之后通過過零比較器可產(chǎn)生方波，再積分可

7、得三角波。2、正弦波發(fā)生電路的工作原理 （1）、產(chǎn)生正弦振蕩的條件: 正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反饋，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時(shí)它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路；反饋網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路個(gè)部分。（2）、正弦波振蕩電路的組成判斷及分類放大電路：保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出

8、值，實(shí)現(xiàn)自由控制。 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生弦波振蕩。 正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號(hào)等于其反饋信號(hào)。 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。（3）、判斷電路是否振蕩的方法 、是否滿足相位條件，即電路是否正反饋，只有滿足相位條件才可產(chǎn)生振蕩。 、放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否合適； 、是否滿足幅度條件。 五、RC正弦波振蕩電路 常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。RC橋式正弦波振蕩電路當(dāng)w=w0=1/RC時(shí)，RC選頻網(wǎng)

9、絡(luò)的相移為零，這樣RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)送到運(yùn)算放大器同向輸入端的信號(hào)電壓Vi與輸出電壓Vo同相，所以RC反饋網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，滿足相位平衡條件。為使在震蕩建立期間信號(hào)做增幅震蕩，應(yīng)選擇Rp3、R1、R2可使Af3，保證|AF|1。因此它的起振條件為Rp32(R3+R4)；它的振蕩頻率為f0=1/2（Rp1+R1）C 。它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為f0=1/2（LC）。此外，石英振蕩器的特點(diǎn)是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場合。 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠兩個(gè)并聯(lián)的二極管組成的，當(dāng)輸出信號(hào)較小時(shí)，二極管工作電流小，

10、動(dòng)態(tài)電阻大，電路的增益較大，引起增幅震蕩過程。當(dāng)輸出幅度達(dá)到一定程度，二極管工作電流大，動(dòng)態(tài)電阻小，電路的增益下降，電路的輸出電壓幅值將不再上升，從而使輸出電壓穩(wěn)定，以此來達(dá)到穩(wěn)幅的目的。1、正弦波變換成方波的工作原理（1）、電壓比較器的功能電壓比較器是用來比較兩個(gè)電壓大小的電路，它的輸入信號(hào)是模擬電壓，輸出信號(hào)一般是只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。利用電壓比較器可將各周期性信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波。 (2)、過零比較器 參考電壓為零的比較器稱為過零比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相輸入兩種過零比較器，通常用閾值電壓和傳輸特性來描述比較器的工作特性。閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸

11、出電壓發(fā)生跳變時(shí)的輸入電壓值，簡稱為閾值，用符Uth表示。本電路中該電路的作用是將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)。 2、方波變換成三角波的工作原理 方波經(jīng)過積分器就變成了三角波。但是此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。積分電路原理 Vo-Vi為積分關(guān)系，負(fù)號(hào)表示輸入和輸出信號(hào)相位相反。當(dāng)Vi為定值時(shí)，電容將恒流充電，輸出電壓為：V0=-ViT/RC。當(dāng)積分器輸入信號(hào)為方波時(shí)，其輸出信號(hào)為三角波，電路波形圖如下：三角波發(fā)生器工作波形積分電路仿真圖六、 仿真電路及運(yùn)行結(jié)果1、總波形發(fā)生電路正弦波方波-三角波函數(shù)發(fā)生器該電路分為三部分，第一部分為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是利用RC振蕩產(chǎn)

12、生特定頻率的正弦波；第二部分為過零電壓比較器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波；此外，在積分電路之前設(shè)置一個(gè)電壓跟隨器，起到隔離作用，使過零電壓比較器電路與積分電路不相互影響。 確定電路元器件參數(shù)：穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅度，因此方波正負(fù)半周的對(duì)稱性與穩(wěn)壓管性能有關(guān)。因此選用穩(wěn)壓管時(shí)，要選擇性能好一些的兩個(gè)管性能對(duì)稱的穩(wěn)壓管，最好選用雙向穩(wěn)壓管；R7是穩(wěn)壓管的限流電阻，阻值根據(jù)穩(wěn)壓管的電路確定；常用電位器作為Rp1、Rp2和電容C的值決定三角波的頻率f。一般是Rp1和R2的值確定后，可以先確定電容C的值，然后由f。=R2/（4Rp2

13、Rp1C）來確定R4的值.Rp2若采用電位器，則三角波頻率可調(diào)。為了減小積分漂移，電容C的值盡量取大些，但是C值越大漏電也越大，因此一般C不超過1uF；集成運(yùn)放的選擇用于比較器的運(yùn)放要求速度應(yīng)該高些。通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)中的變阻RP3的阻值可以改變正弦波的輸出波形的幅值；之后方波的輸出波形也隨之確定；通過改變變阻RP4的阻值可以改變?nèi)遣ǖ妮敵霾ㄐ蔚姆怠?、正弦波仿真在變阻RP1、RP2百分比分別為50%，RP3百分比為25%，示波器輸出的波形如下圖所示由圖可知T1的時(shí)間為1.315s，通道A為-1.660V。T2的時(shí)間為1.338s，通道A為1.658V。由此可知仿真出的正弦波的幅值為：1.6

14、60V；峰-峰值為：3.318V；周期為46.154ms。3、方波仿真由圖可知T1的時(shí)間為736.976ms，通道A為-6.834V。T2的時(shí)間為760.908ms，通道A為6.812V。由此可知仿真出的正弦波的幅值為：6.812V；峰-峰值為：13.646V；周期為47.864ms。3.4三角波仿真由圖知T1的時(shí)間為5.516s，通道A為-2.554V。T2的時(shí)間為5.180s，通道A為2.513V。由此知仿真出的正弦波的幅值約為：2.554V；峰-峰值為：5.067V；周期為24.786ms。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們通過

15、這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和其他類型的各種電路原理。通過對(duì)他們的比較和認(rèn)識(shí)，我找到了簡單、正確的方法。2、通過對(duì)電路條件的限制，要求我們能更深次地理解各種器件的原理及使用規(guī)則，對(duì)具體的情況做到正確的判斷，提高了我們對(duì)書本知識(shí)的掌握，也把我們從理論水平提高到實(shí)踐水平。3、我深得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。4、在對(duì)各種方案進(jìn)行排查時(shí)，我們才了解到我們現(xiàn)在的知識(shí)水平還很有限，需要我們自己拓展，要多看一

16、些關(guān)于其他類型的不同的見解。5、盡管課程設(shè)計(jì)是在期末才開始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識(shí)，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位，由于對(duì)電路相關(guān)章節(jié)未能掌握以致用到秒脈沖產(chǎn)生電路無法自行設(shè)計(jì)，只得參考其他文獻(xiàn)，在Multisim中試行操作，逐步摸索。徹悟?qū)W海無涯只有苦來作舟，學(xué)無止境只有書來作伴。6、從理論到實(shí)踐，在整整一個(gè)學(xué)期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立