模擬電路課程設(shè)計-函數(shù)發(fā)生器設(shè)計

1、洛 陽 理 工 學(xué) 院課 程 設(shè) 計 報 告 課程名稱 _模擬電子技術(shù)基本教程_設(shè)計題目 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計 專 業(yè) _物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)_班 級 學(xué) 號 姓 名 完成日期 _ 2017/01/05_ 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目：_函數(shù)發(fā)生器設(shè)計_設(shè)計內(nèi)容與要求：利用運放和分立元器件設(shè)計一函數(shù)信號發(fā)生器，能輸出正弦波、三角波、方波等。技術(shù)指標(biāo)：1.輸出頻率：1Hz-100KHz連續(xù)可調(diào)；2.輸出幅值：正弦波峰-峰值010V；三角波波峰-峰值05V；方波波峰-峰值010V；3.輸出阻抗：Ro100；4.輸出：正弦波失真度5%，三角波非線性5%，方波上升時間10us； 指導(dǎo)教師： 秦玉潔 年 月

2、日課 程 設(shè) 計 評 語 成績： 指導(dǎo)教師：_秦玉潔 _ 年 月 日TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28844 一、設(shè)計的具體實現(xiàn) PAGEREF _Toc28844 5 HYPERLINK l _Toc23662 1、系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc23662 5 HYPERLINK l _Toc27300 PAGEREF _Toc27300 5 HYPERLINK l _Toc1213 1.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理 PAGEREF _Toc1213 6 HYPERLINK l _Toc31923 二、單元電路設(shè)計與分析 PAGEREF _Toc3192

3、3 9 HYPERLINK l _Toc17598 2.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc17598 9 HYPERLINK l _Toc5319 2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc5319 11 HYPERLINK l _Toc17507 2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc17507 13 HYPERLINK l _Toc19929 PAGEREF _Toc19929 15 HYPERLINK l _Toc16968 PAGEREF _Toc16968 15 HYPERLINK l _Toc25978 三、總結(jié) PAGEREF

4、 _Toc25978 16原理框圖一、設(shè)計的具體實現(xiàn)1、系統(tǒng)概述產(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)幅電路個部分。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態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅

5、值的輸出值，實現(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)生正弦波振蕩。正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于其反饋信號。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。 判斷電路是否振蕩。方法是： （1）是否滿足相位條件，即電路是否是正反饋，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩 （2）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； （3） 是否滿足幅度條件正弦波振蕩電路檢驗，若： (1) 則不可能振蕩； (2) 振蕩，但輸出波形明顯失真； (3) 產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小 分類： 按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件

6、類型，把正先振蕩電路分為：RC正弦波振蕩電路；LC正弦波振蕩電路。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)。它的電路圖如圖（1）所示： 它的起振條件為： 。它的振蕩頻率為： 它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為： 。1.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理 在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特

7、性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。從反向輸入端輸人的滯回比較器電路如圖1a所示，滯回比較器電路中引人了正反饋。從集成運放輸出端的限幅電路可以看出，UOUZ。集成運放反相輸人端電位UPUI同相輸入端電位令UN=UP求出的uI就是閥值電壓，因此得出輸出電壓在輸人電壓u，等于閥值電壓時的變化。若uI+UT，那么UN一定大于uP，因而UO-UZ，所以uP-UT。只有當(dāng)輸人電壓UI減小到-UT，再減小一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從-UT躍變?yōu)?UT?？梢?，UO從+UT躍變?yōu)?UT和從-UT躍變?yōu)?UT的閥值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖b)所不。從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UTuI+U

8、T時，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果uI是從小于-UT，的值逐漸增大到-UTuI+UT，那么UO應(yīng)為+UT；如果uI從大于+UT的值逐漸減小到-UTuI+UT，那么應(yīng)為-UT。曲線具有方向性，如圖b)所示。實際上，由于集成運放的開環(huán)差模增益不是無窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時，輸出電壓UO才為UZ。UO在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過程中，隨著uI的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一定的時間。滯回比較器中引人了正反饋，加快了UO的轉(zhuǎn)換速度。例如，當(dāng)UO+UZ、uP=+UT時，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即會產(chǎn)生如下的正反饋過程：UO的下降導(dǎo)致uP下降，而UP的下

9、降又使得UO進一步下降，反饋的結(jié)果使UO迅速變?yōu)閁T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。本電路中該電路的作用是將正弦信號轉(zhuǎn)變成方波信號，其傳輸特性曲線如下圖所示： 正弦波傳輸特性1.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理： 當(dāng)輸入信號為方波時，其輸出信號為三角波，電路波形圖如下：二、單元電路設(shè)計與分析2.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計 本電路中采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其電路圖如下所示RC橋式正弦振蕩電路 該反饋電路Rf回路串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如上圖所示串聯(lián)了兩個并聯(lián)的1N4148，這樣利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小、電流減小時動態(tài)電阻增大的特點，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。此時輸

10、出電壓系數(shù)為 Au=1+(Rf+rd)/R1 RC振蕩的頻率為：f0=1/(2RC) 該電路中R=10K C=100nF f0=1/(2*3.14*1000*)1592Hz T=1/f0=1/1592=ms仿真波形從圖中可得出產(chǎn)生的正弦波最大值Umax=V; T=s4=sms.F0=1/T=1562Hz.仿真得出的數(shù)據(jù)與理論計算基本一樣，電路正確。2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計 本電路中采用滯回電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)成方波，其電路原理如下圖所示滯回電壓比較器電路原理圖 本電路中用到的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電壓為5V 電路中閾值電壓為： UT1=-UZ UT2=UZ波形仿真： 從波形中可以得到方波電壓為V,

11、與理論基本一樣，可得出電路是正確的。2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計 本電路中方波轉(zhuǎn)成三角波采用積分電路，其電路原理如下圖所示積分電路圖 積分電路分工為： U0=-+u0(t1) 電路仿真如下圖所示該電路分為三部分，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)生特定頻率的正弦波；第二部分為電壓比較器電路，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； 在正弦波產(chǎn)生電路中f=1/(2RC),改變RC的值可以改變電路的信號頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓UREF的值可以改變方波的比例。正弦波,三角波,方波三、總結(jié) 第一次自己動手查電路實驗資料、設(shè)計電路、仿真等過程，總體下來收獲很大。在調(diào)試電路時，總是很難找到合適的參數(shù)。但每當(dāng)電路有一點反應(yīng)時，的心情都很激動，再努力一點點就可以成功，所以在不斷的查閱書籍和資料，學(xué)習(xí)別人的案例，最后將電路設(shè)計成功！ 當(dāng)看到課程設(shè)計題目時感覺很茫然，什么不知道，不知道從何下入手，只有要求，好像特別難。先畫出大概的電路圖，之后又在Multisim上仿真。不斷調(diào)試，也在網(wǎng)上找Multisim的使用方法。使用Multisim對其進行仿真，無需將電路事物圖做出來。用Multisim10對電路進行仿很方便，而且安全，對電路