函數(shù)信號發(fā)生器課程設(shè)計報告.doc

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鄭州科技學(xué)院 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 函數(shù)信號發(fā)生器 姓 名 孫增光 專業(yè)班級 13級電氣工程及其自動化4班 學(xué) 號 201347105 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 周 喜 完成時間 2015 年 6 月 12 日 目 錄 1 課程設(shè)計的目的……………………………………………………1 2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求…………………………………………2 3 設(shè)計方案與論證……………………………………………………3 3.1方波、三角波及正弦波的設(shè)計……………………………4 3.2 計算機(jī)仿真測試 ……………………………………………4 4 設(shè)計原理及功能說明 …………………………………………5 5 單元電路的設(shè)計（計算與說明）……………………………5 6 硬件的制作與調(diào)試………………………………………………5 7 總結(jié) …………………………………………………………………10 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………15 附錄1：總體電路原理圖……………………………………………18 附錄2：元器件清單…………………………………………………19 1 課程設(shè)計目的 1：進(jìn)一步鞏固熟悉簡易函數(shù)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)及電路原理并了解波形的轉(zhuǎn)變方式。 2：學(xué)會用簡單的元器件及芯片制作簡單的函數(shù)信號發(fā)生器，鍛煉動手能力。 3：學(xué)會調(diào)試電路并根據(jù)結(jié)果分析影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種可能的因素。 2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求 設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計一個電路實(shí)現(xiàn)方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器 主要技術(shù)指標(biāo)： 1）設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器 2）輸出波形：正弦波、方波、三角波等 3）頻率范圍：10～100Hz，1000HZ～１０KＨz 4) 輸出電壓：方波Up-p=6V，三角波Up-p=6V，正弦波U>1V；波形特征：方波tr<10s（1kHz，最大輸出時），三角波失真系數(shù)THD<2%，正弦波失真系數(shù)THD<5%。 軟件仿真部分元器件不限，只需元件庫有即可，但需要注意合理選取。 3 設(shè)計方案與論證 3.1 方波、三角波及正弦波的設(shè)計 圖1所示產(chǎn)生方波-三角波電路。工作原理如下：若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算放大器A1與R1、R2及R3、Rp1組成電壓比較器 圖1 方波-三角波產(chǎn)生電路 運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，積分器輸入方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖2所示。 圖2 方波-三角波波形 三角波→正弦波的變換主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。 圖3 三角波→正弦波的變換原理及三角波→正弦波變換電路 3.2計算機(jī)仿真測試 計算機(jī)仿真圖 4 設(shè)計原理及功能說明 4.1基本原理 函數(shù)信號發(fā)生器是將輸入的電壓經(jīng)過一系列變換后能夠輸出要求的波形 基本原理圖 本次設(shè)計采用的電路是基于運(yùn)放和晶體三極管的試驗(yàn)電路。由理論分析知，電壓比較器可以產(chǎn)生方波,積分電路可以產(chǎn)生三角波,三角波再經(jīng)過差動放大器可以產(chǎn)生正弦波。向電壓比較器輸入三角波就可以產(chǎn)生方波，于是可以將積分電路的輸出作為電壓比較器的輸入。各種波形頻率段的調(diào)整可以由外電路的改變來實(shí)現(xiàn)。例如，改變電容的值。電路的原理部分的設(shè)計，可以是先設(shè)計單元電路，然后用仿真軟件模擬。等到各個單元都設(shè)計完成后，可以將各個單元結(jié)合到一起，由仿真軟件模擬是否符合制作要求。本次試驗(yàn)中，就是先做方波發(fā)生電路：電壓比較器，然后是積分電路，最后是差動放大電路。 5 單元電路的設(shè)計（計算與說明） 1.方波發(fā)生電路的設(shè)計 上圖為方波發(fā)生電路 2方波——三角波轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 圖1 上圖為方波→三角波的變換的電路。 3.三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 上圖為三角波→正弦波的變換的電路。其中R8調(diào)節(jié)三極管的幅度，R13調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻R9用來減少差分放大器的線性區(qū)。電容C3、C4、C5為隔直電容，C8為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。 由圖1分析可知比較器有兩個門限電壓 其輸入信號為方波Uo1時，則輸出積分器的電壓為 由圖3分析有三角波的幅度為 方波-三角波的頻率為 由上分析可知： ①電位器R6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。 ②方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓。電位器R5可實(shí)現(xiàn)幅度上下微調(diào)，但會影響波形的頻率。 在圖5中，比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下： 取R3=10kΩ,則R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1為47kΩ的電位器。取平衡電阻R1=R2// （R3+RP1）≈10kΩ。因?yàn)? 當(dāng)1Hz≤f≤10Hz時，取C2=10μF，則R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2為100K Ω電位器。當(dāng)19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4、RP2的值不變。 取平衡電阻R5=10K。 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要取得大，因?yàn)檩敵鲱l率較低，取C3=C4=C5=470μF，濾波電容C6一般為幾十皮法至0.1μF。RE2=100Ω與RP4=100Ω，相并聯(lián)，以減少差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定 6硬件的制作與調(diào)試 6.1焊接 按照方案焊接的實(shí)物圖焊接如下 正面 按照電路圖合理布局，將原件焊接在合適的位置，然后細(xì)心對照電路圖畫出焊接 圖開始走錫。針對各階段出現(xiàn)的問題，逐個排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。對于接不通的線可以適當(dāng)選擇在實(shí)驗(yàn)板后面合理布線。如上圖所示。正面的三根導(dǎo)線依次接示波器的正極，分別在示波器上顯示方波，三角波，正弦波。 背面 6.2調(diào)試 最開始調(diào)試的時候波形總是出不來，后來調(diào)節(jié)了一下電位器，又對示波器進(jìn)行了反復(fù)調(diào)節(jié)，最終調(diào)節(jié)出來了方波和三角波。由于示波器略有問題，正弦波標(biāo)準(zhǔn)波形最終也沒出來。 7 總結(jié) 為期一個星期的課程設(shè)計結(jié)束啦。在這個一個星期的學(xué)習(xí)，設(shè)計，焊接過程中我感觸頗深。是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；熟悉了常用的儀表儀器；了解了電路的連接、焊接的方法；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，體會了再接好電路后測試出波形的那種喜悅。 在試驗(yàn)過程中，我們遇到了不少的問題，比如波形失真，甚至不出波形的這樣那樣的問題，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(shí)驗(yàn)中也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的狀態(tài)，自己還有很多東西都沒有掌握牢固，學(xué)過的東西沒有及時鞏固，從而導(dǎo)致很多東西才學(xué)過不久就基本忘記了。對于很多的元器件，都不是很清楚其用途和作用。在剛開始設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)很多元件的參數(shù)和功能都不是很清楚，導(dǎo)致用軟件仿真時經(jīng)常出現(xiàn)因選錯器件而不能產(chǎn)生正確波形的事情發(fā)生。老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識點(diǎn)實(shí)在令我們感動。 在制板的過程中，則深深地體會到了耐心和細(xì)心的重要性。在剛開始焊接電路板時，由于長時間沒有焊接電路，感覺有點(diǎn)生疏了，焊出來的焊點(diǎn)都不是很實(shí)，很容易松動，并且焊接出的焊點(diǎn)很不光滑，焊了二天，看到別的同學(xué)基本都完成焊接這一步，很急，結(jié)果焊得就更不理想了。本來打算重新?lián)Q一塊新的電路板進(jìn)行焊接的，但是卻還是不甘心就這樣放棄，于是，在別人都離開的情況下，還是耐心地把那塊電路板焊好了才離開實(shí)驗(yàn)。 這次的課程設(shè)計真正讓我學(xué)到了很多東西，學(xué)到了很多以前不知道的理論知識，還了解到了很多時間重要注意到的東西，動手能力也得到了極大的提高，積累了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時也深深體會到指導(dǎo)老師對我們要求嚴(yán)格的初衷和我們帶來的諸多益處。 參考文獻(xiàn) 康華光 主編 《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）》高等教育出版社 戴 焯 主編 《傳感與檢測技術(shù)》武漢理工大學(xué)出版社 邱關(guān)源 主編 《電路（第五版）》高等教育出版社 謝自美 主編 《電子線路設(shè)計試驗(yàn)測試》華中科技大學(xué)出版社 附錄1：總體電路原理圖 方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路 先通過比較器產(chǎn)生方波，再通過積分器產(chǎn)生三角波，最后通過差分放大器形成正弦 附錄2：元器件清單 元器件 參數(shù) 數(shù)量 電 阻 10K 5 20k 1 5.1k 2 6.8k 2 2k 3 1k 1 100Ω 1 電 位 器 200k 1 100k 1 50k 1 100Ω 1 電 容 100μ F 1 470μ F 3 10μ F 1 1μ F 1 運(yùn)算放大器 Op07cp 2 晶體管 2N5551 4 電源 4.5V 2 導(dǎo)線 若干