函數(shù)發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)課程報(bào)告

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的初始條件及主要任務(wù)1</p><p><b>　　1.1初始條件1</b></p><p><b>　　1.2主要任務(wù)1</b></p><p>　　1.2.1設(shè)計(jì)目的1</p>

2、<p>　　1.2.2設(shè)計(jì)電路技術(shù)要求1</p><p>　　2 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案及比較1</p><p>　　2.1函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理1</p><p>　　2.2各部分的工作原理2</p><p>　　2.2.1方波發(fā)生電路的工作原理2</p><p>　　2.2.2正弦波發(fā)生電路的工作

3、原理3</p><p>　　2.2.3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理3</p><p>　　2.2.4三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理6</p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案及比較7</p><p>　　2.3.1設(shè)計(jì)方案一7</p><p>　　2.3.2設(shè)計(jì)方案二7</p><

4、p>　　2.3.3設(shè)計(jì)方案比較8</p><p>　　2.3.4實(shí)現(xiàn)方案8</p><p><b>　　3 電路的仿真9</b></p><p>　　3.1方波發(fā)生電路的仿真9</p><p>　　3.2正弦波發(fā)生電路的仿真10</p><p>　　3.3方波---三角波發(fā)生電路的

5、仿真10</p><p>　　3.4三角波---正弦波電路的仿真11</p><p>　　3.5正弦波---方波電路仿真11</p><p>　　4 電路的安裝與調(diào)試11</p><p>　　5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果12</p><p>　　5.1方波的輸出檢測(cè)12</p><p>　　5.

6、2三角波的輸出檢測(cè)12</p><p>　　5.3正弦波的輸出檢測(cè)13</p><p><b>　　6 實(shí)驗(yàn)總結(jié)13</b></p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　函數(shù)發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的初始條件及主

7、要任務(wù)</p><p><b>　　1.1初始條件</b></p><p>　　直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一臺(tái)、萬(wàn)用表一塊、面包板一塊、元器件若干、剪刀、鑷子的必備元器件若干。</p><p><b>　　1.2主要任務(wù)</b></p><p><b>　　1.2.1設(shè)計(jì)目的</b>&l

8、t;/p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器的電路，要求可以輸出方波、三角波、正弦波等。</p><p>　　1.2.2設(shè)計(jì)電路技術(shù)要求</p><p>　　所設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求如下：</p><p>　　輸出波形：方波、三角波、正弦波等；</p><p>　　頻率范圍：10Hz—1000Hz范圍內(nèi)可調(diào)&l

9、t;/p><p>　　輸出電壓：方波≤24V；</p><p><b>　　三角波=8V；</b></p><p><b>　　正弦波>1V;</b></p><p>　　要求輸出波形振幅基本穩(wěn)定，振蕩波形對(duì)稱，無(wú)明顯非線性失真。</p><p>　　2 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方

10、案及比較</p><p>　　2.1函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)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也可以采用集成電路。</p><p>　　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(guò)比較器整形電路將正弦波變

11、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)生方波---三角波，再將三角波由差分變換電路變成正弦波等等。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。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。</p><p>　　2.2各部分的工作原理</p><p>　　2.2.1方波發(fā)

12、生電路的工作原理</p><p>　　產(chǎn)生方波方法可分為兩種：第一種先利用遲滯比較器構(gòu)成的方波發(fā)生器產(chǎn)生方波。利用施密特觸發(fā)器，再增加少量電阻、電容元件以及穩(wěn)壓管即可組成方波發(fā)生器。由于方波的頻率成分非常豐富，含有大量諧波，故方波又稱為多諧振蕩器；第二種將比較器和積分器連接組成方波——三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波輸入積分器得到三角波。</p><p>　　圖2-1方波發(fā)生電路圖<

13、/p><p>　　在接通電源瞬間，輸出電壓是正向飽和或是負(fù)向飽和是隨機(jī)的。假設(shè)初始輸出的電壓為負(fù)向飽和，即v0=vOL，則加在運(yùn)算放大器的同相輸入端的電壓為：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　而加于反相端的電壓由于電容器上的電壓vc不能突變，只能有輸出電壓v0通過(guò)負(fù)反饋電阻按指數(shù)規(guī)律想充電來(lái)建立，顯然vc<

14、0，當(dāng)vc愈來(lái)愈負(fù)，直到比還小時(shí)，輸出電壓立即從負(fù)飽和值VOL迅速翻轉(zhuǎn)到正飽和值VOH。這時(shí)加到放大器同相輸入端的電壓為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　而加于電容器的電壓不能突變，只能由輸出電壓對(duì)電容反相充電，當(dāng)電容電壓愈來(lái)愈正，直到比VOH還大時(shí)輸出電壓立即從正想飽和值反轉(zhuǎn)為負(fù)相飽和值。如此循環(huán)下去，形成方波輸出。輸出方波的周

15、期為：</p><p>　　(F=) （2-3）</p><p>　　2.2.2正弦波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　要產(chǎn)生正弦波，應(yīng)用正弦波振蕩器自激以產(chǎn)生正弦波。本設(shè)計(jì)采用RC文氏橋振蕩器自激產(chǎn)生正弦波。為調(diào)節(jié)頻率，可在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置電阻R可調(diào)。</p><p>　　圖2-2正弦波發(fā)生電路</p&g

16、t;<p>　　該電路利用文氏橋振蕩器產(chǎn)生正弦波，當(dāng)</p><p>　　時(shí)， （2-4）</p><p>　　為滿足||=1,則加入負(fù)反饋電路，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋，=3時(shí)達(dá)到振幅平衡條件。其中</p><p><b>　?。?-5）</b></

17、p><p>　　調(diào)節(jié)使>3時(shí)可以使電路起振，在調(diào)節(jié)使=3可以達(dá)到穩(wěn)幅，輸出正弦波。、在零到158.4k范圍內(nèi)可調(diào)，==1.6k可通過(guò)調(diào)節(jié)，的值而調(diào)節(jié)頻率，從而使輸出頻率滿足10Hz—1000Hz可調(diào)。</p><p>　　2.2.3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖2-3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　

18、　若a點(diǎn)（方波輸出點(diǎn)）斷開(kāi)，運(yùn)算發(fā)大器A1與、及、組成電壓比較器。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，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(shí)，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 ： </p><p&g

19、t;<b>　?。?-6）</b></p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為：</p><p><b>　?。?-8）</b>

20、</p><p>　　比較器的門限寬度為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　方波的振幅為：</b></p><p>　　周期T為： （2-10）&l

21、t;/p><p>　　圖2-4比較器的電壓傳輸特性圖</p><p>　　運(yùn)放A2與R1、RV2、C1及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為： （2-11）</p><p>　　時(shí)， （2-12）</p><p>　　時(shí)，

22、 （2-13）</p><p>　　可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波。</p><p>　　若a點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波三角波。</p><p>　　三角波的幅度為： （2-14）</p>

23、<p>　　方波---三角波的頻率f為： (2-15)</p><p>　　圖2-4方波---三角波的轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　2.2.4三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖2-5三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　三角波——正弦波的變換電路主要由差

24、分放大電路來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，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。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：</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p>&

25、lt;p>　　——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT≈26mV。 （2-16）</p><p>　　如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為</p><p>　　式中Um——三角波的幅度；T——三角波的周期。 (2-17)</p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案及比較</p><

26、p>　　2.3.1設(shè)計(jì)方案一</p><p>　　這種方案為正弦波---方波---三角波轉(zhuǎn)換電路，其中正弦波由RC文氏橋振蕩電路產(chǎn)生，再通過(guò)過(guò)零比較器和積分電路一次轉(zhuǎn)換成方波、三角波。</p><p>　　圖2-6正弦波---方波---三角波轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　2.3.2設(shè)計(jì)方案二</p><p>　　這種方案為方波---三角

27、波---正弦波轉(zhuǎn)換電路，其中由遲滯比較器產(chǎn)生方波，通過(guò)積分電路長(zhǎng)生正弦波，再通過(guò)差分轉(zhuǎn)換電路輸出正弦波。</p><p>　　圖2-7方波---三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　2.3.3設(shè)計(jì)方案比較</p><p>　　方案一中首先利用RC文氏橋振蕩電路產(chǎn)生正弦波，通過(guò)調(diào)節(jié)RV1、RV2實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)。同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器保證阻值相等時(shí)，由于電位器從零到

28、158.4k連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了輸出頻率的連續(xù)可調(diào)。但是，調(diào)節(jié)時(shí)必須RV1、RV2同時(shí)調(diào)節(jié)且保證兩個(gè)電位器阻值相等，調(diào)節(jié)較為困難。將正弦波轉(zhuǎn)化為方波時(shí)，利用了單門限電壓比較器，在理想情況下（運(yùn)放放大倍數(shù)為無(wú)窮大時(shí)）可以實(shí)現(xiàn)正弦波到方波的轉(zhuǎn)化，但是理想運(yùn)放是沒(méi)有的，所以產(chǎn)生的方波會(huì)有一定成都的失真。且單門限電壓比較器抗干擾能力較差，易受到外界干擾，導(dǎo)致輸出錯(cuò)誤信號(hào)。故為了提高電路的抗干擾能力一般不采用該電路。</p><p

29、>　　方案二采用遲滯比較器產(chǎn)生方波信號(hào)，抗干擾能力較強(qiáng)，且在該電路中調(diào)節(jié)RC的乘積或調(diào)節(jié)反饋比值即可調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)連續(xù)可調(diào)的電位器即可實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。相對(duì)于方案一，該電路提高了了電路的抗干擾能力，避免了外界環(huán)境的干擾。同時(shí)，只調(diào)節(jié)一個(gè)電位器且無(wú)需保證兩個(gè)電位器的阻值相等即可實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。故應(yīng)選擇方案二作為函數(shù)發(fā)生器電路的實(shí)現(xiàn)方案。</p><p><b>　　2.3.4實(shí)現(xiàn)方案</

30、b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)方案使用的原件及數(shù)量如下：</p><p>　　雙運(yùn)放：μA747（2個(gè)）；</p><p>　　三級(jí)管：9013或者BG319（4只）</p><p>　　可調(diào)電阻：50kΩ(2只)，100k(1只)，100Ω（1只）</p><p>　　電容：470uf（3只），10uf（1只）

31、，1uf（1只），0.1uf（2只），0.01uf（1只）</p><p>　　電阻：100kΩ（1只）；2kΩ（2只）；6.8kΩ（2只）；10kΩ（3只），15kΩ（1只）； 20kΩ（3只）；51kΩ（1只）</p><p>　　實(shí)現(xiàn)方案原理圖如下：</p><p>　　圖2-8實(shí)現(xiàn)方案電路圖</p><p><b>　　3

32、電路的仿真</b></p><p>　　3.1方波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　仿真輸出比較理想的方波波形，其中VP-P=25V。</p><p>　　圖3-1方波發(fā)生電路的仿真圖</p><p>　　3.2正弦波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　仿真輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，其中VP-P=18V。<

33、/p><p>　　圖3-2正弦波發(fā)生電路的仿真圖</p><p>　　3.3方波---三角波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　仿真方波---三角波發(fā)生電路，輸出波形比較理想，其中方波峰峰值VP-P=25V，三角波峰峰值VP-P=20V，滿足轉(zhuǎn)換公式。</p><p>　　圖3-3方波---三角波發(fā)生電路的仿真圖</p><p

34、>　　3.4三角波---正弦波電路的仿真</p><p>　　仿真三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路，其中三角波峰峰值Vp-p=1V，正弦波峰峰值VP-P=0.8V。</p><p>　　圖3-4三角波---正弦波發(fā)生電路的仿真圖</p><p>　　3.5正弦波---方波電路仿真</p><p>　　仿真正弦波---方波轉(zhuǎn)換電路，其中正弦波峰

35、峰值VP-P=1V，方波峰峰值VP-P=25V。</p><p>　　圖3-5正弦波---方波發(fā)生電路的仿真圖</p><p>　　4 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1. 把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測(cè)試、觀察；</p><p>　　2. 針對(duì)各階段出現(xiàn)的問(wèn)題，逐個(gè)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。</p&

36、gt;<p>　　圖4-1面包板實(shí)物電路的測(cè)試</p><p><b>　　5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果</b></p><p>　　5.1方波的輸出檢測(cè)</p><p>　　方波檢測(cè)圖如下所示，其中峰峰值VP-P=21V，頻率f=333.28Hz。</p><p>　　圖5-1方波的輸出檢測(cè)圖</p>

37、<p>　　5.2三角波的輸出檢測(cè)</p><p>　　三角波檢測(cè)如下圖，其中峰峰值Vp-p=6.2V，頻率f=337.43Hz。</p><p>　　圖5-2三角波的輸出檢測(cè)圖</p><p>　　5.3正弦波的輸出檢測(cè)</p><p>　　正弦波檢測(cè)如下圖所示，其中峰峰值Vp-p=1.2V，頻率f=338.85Hz。</p

38、><p>　　圖5-3正弦波的輸出檢測(cè)圖</p><p><b>　　6 實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　《模擬電路》簡(jiǎn)稱模電，經(jīng)常被我們說(shuō)成“魔鬼電路”，從其別名就可以看出這門課程對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較難學(xué)。課本知識(shí)深澀難懂，課程安排也緊很，在本學(xué)期模電剛上完之際就進(jìn)行了考試，然后又接著搞課程設(shè)計(jì)，所以這次課程設(shè)計(jì)是一次挑戰(zhàn)。</p&

39、gt;<p>　　然而話又這樣說(shuō)“紙上談兵終覺(jué)淺，覺(jué)知此事要躬行?！比绻麑W(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐和探索也是不夠的，所以這次課程設(shè)計(jì)也是很及時(shí)、很必要的。這樣不僅能加深我們對(duì)電子電路的任職，而且還及時(shí)、真正的做到了學(xué)以致用。</p><p>　　接到課程設(shè)計(jì)課題之后我首先回顧了一遍課本，在對(duì)基本知識(shí)原理更深理解之后我初步設(shè)計(jì)了一個(gè)粗略的電路圖，然后在Proteus上進(jìn)行了仿真，但是沒(méi)

40、有成功，這讓我深刻的理解到知識(shí)和實(shí)踐并不統(tǒng)一，感覺(jué)到這次課程設(shè)計(jì)的重要性，開(kāi)始下決心把它做好。</p><p>　　于是我到網(wǎng)上搜集相關(guān)資料，整理之后再次做出了自己的電路圖，然后再次進(jìn)行了仿真，這次我成功了，到此終于做完了進(jìn)行預(yù)答辯的課程設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)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。</p><p>　　

41、電路板的連接進(jìn)行的比較順利，但是在測(cè)試的時(shí)候遇到了很多的問(wèn)題，最主要的是沒(méi)有波形出現(xiàn)或是全部檢測(cè)到正弦波。于是我們一遍又一遍的討論、檢查電路連接、測(cè)試、再檢查、再測(cè)試......電路越來(lái)越簡(jiǎn)，但是仍然有問(wèn)題，比如：波形失真。這再次讓我意識(shí)到了知識(shí)與實(shí)踐的不統(tǒng)一。理論是正確的，仿真成功了，但是實(shí)踐測(cè)試時(shí)波形就是不理想。很多事情就是這樣，現(xiàn)實(shí)與想象并不一樣。而一名科研人員需要堅(jiān)持的就是不厭其煩，把想象做成現(xiàn)實(shí)。</p><

42、;p>　　遇到問(wèn)題就解決問(wèn)題。實(shí)物連接中，我們一開(kāi)始很長(zhǎng)時(shí)間出不來(lái)波形，后來(lái)發(fā)現(xiàn)將積分電路電容從10uF變到0.1uF時(shí)很順利的出現(xiàn)了波形。仿真是10uF時(shí)就出現(xiàn)波形的，可是現(xiàn)在0.1uF才出現(xiàn)，這應(yīng)該是電路干擾太嚴(yán)重，低頻電路不易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　除此之外，我還學(xué)會(huì)了與同學(xué)合作。在測(cè)試過(guò)程中我們一起檢查電路，相互討論問(wèn)題，使得氣氛很活躍。每個(gè)人思考問(wèn)題的角度不一樣，經(jīng)常討論只會(huì)讓我們的思維更加寬

43、闊。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多，不僅是鞏固了先前學(xué)的模電的理論知識(shí)，而且也培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。</p><p>　　期待下學(xué)期課程設(shè)計(jì)的到來(lái)！</p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳友宇主編·《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第二版