模电课程函数信号发生器设计.docx
- 文档编号:10010710
- 上传时间:2023-02-07
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:585.68KB
模电课程函数信号发生器设计.docx
《模电课程函数信号发生器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模电课程函数信号发生器设计.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
模电课程函数信号发生器设计
成绩
齐鲁理工学院
课程设计说明书
题目函数信号发生器的设计
课程名称模拟电子技术基础
二级学院机电工程学院
专业自动化
班级2015级
学生姓名周福青
学号201510532082
指导教师臧红岩范卉青
设计起止时间:
2016年12月19日至2016年12月22日
函数信号发生器
摘要:
信号发生器,是一种在科研和生产中经常用到的基本波形产生器,也是常用的测试仪器,常用的信号源有正弦波,方波,三角波,等。
随着大规模集成电路的迅速发展,多功能信号发生器已经被制成专业集成电路,可以产生精确度较高的正弦波,方波,三角波等多种信号。
各种信号的频率可以通过调节外接电阻和电容的参数值进行调节,为快速而准确的得到并利用这些基本波形提供了很大的方便。
在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时,以及测量元器件的特性与参数时,用作测试的信号源或激励源信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。
其中它能产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
本课设采用先产生正弦波,再将正弦波变换成方波,然后由积分电路把方波变成三角波。
关键词:
正弦波,方波,三角波
1课程设计的目的和设计的任务
1.1课程设计目的
1.加深对模拟电子技术的理论知识的理解,结合实践进一步加深对单元电路基本功能的掌握和应用,培养综合应用所学知识来指导实践的能力,要求掌握方波——三角波—正弦波函数信号发生器的设计方法与调试技术。
2.通过具体电路模型,掌握一种常用电子电路仿真的软件,使学生能利用所学理论知识完成实际电路的设计、仿真和制作。
3.学会安装与调试由多级单元电路组成的电子线路,学会使用集成函数信号发生器。
4.理解函数信号发生器的组成框图及工作流程。
5.能用仪器、仪表调试、测量函数信号发生器的主要指标。
1.2设计任务
设计方波-三角波-正弦波的函数信号发生器
1.3课程设计的要求及技术指标
1.具体参数要求:
设计一个方波-三角波-正弦波发生器,频率范围10~100Hz,100Hz~1kHz,1kHz~10kHz;正弦波Upp≈3V,三角波Upp≈5V,方波Upp≈14V,幅度连续可调,线性失真小。
2.能够实现设计任务的基本功,能安装调试并完成符合学校要求的设计说明书。
3.依据要求运用模拟电子技术的理论设计、制定实验方案,并论证方案。
4.学习电路仿真过程,绘制电路图,进行基本的仿真试验对设计的电路进行性能分析。
5.撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求,字数要求4000字以上。
2函数发生器的总方案及结构
2.1函数发生器的总方案及总电路
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。
为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
本课题采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。
先由比较输器产生方波,再经过积分电路由方波变换到三角波,最后经过低通滤波器由三角波变换为正弦波。
第一级比较器部分,用了一个单门限电压比较器和一个迟滞比较器,可以输出
的稳定的直流方波信号频率10~100HZ可调。
第二级积分器部分,引入了一个常规的积分器对方波信号进行积分,通过对R1和R4以及C1的调节可以输出
在800mv~50v和频率在20~900HZ的三角波信号且幅度以及频率皆连续可调几乎没有线性失真,达到设计要求。
第三级低通滤波器部分,引入了一个常规的低通滤波电路,通过对R4和R5以及C1的调节可以输出
在68mv~18v和频率在100HZ~1.5KHZ的正弦波,且频率幅度皆可调几乎没有线性失真,达到设计要求。
图2.2.1函数信号发生器总电路图
2.2结构图
图2.2.1函数发生器结构图
3各组成部分的工作原理及仿真
3.1方波发生电路的工作原理
比较器是一种用来比较信号输入和参考电压的电路。
当输入信号
小于参考电压
时,即差模电压
小于零时,运放处于负饱和状态,
;当输入信号电压
升高到略大于参考电压
时,即
大于零,运放立即转入正饱和状态,
,如图1.1.1,它表示输入电压在参考电压附近有微小的减小时,输入电压将从正的饱和值过渡到负的饱和值;若有微小的增加,输出电压又从负的饱和值过渡到正的饱和值。
于是就产生了方波。
图又加入了一个迟滞电路用来稳定电路使输出的波形失真小。
由于单门限电压比较器抗干扰能力差,为了减小输出的线性失真所以考虑添加一个迟滞比较器来稳定输出的波形。
图3.1.1
图3.1.2方波发生电路的电路图
图3.1.3方波发生电路仿真结果
3.2方波-三角波转换电路工作原理
若R2左断开,运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器的翻转。
运放的反相端接基准电压,即U-=0,同相输入端接输入电压iaU,R1称为平衡电阻。
R2左端断开后,运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器,可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系R2左端闭合,既比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波。
三角波的幅度为
方波-三角波的频率f为
由以上式子可以得到以下结论:
电位器在调整方波-三角波的输出频率时,不会影响输出波形的幅度。
若要求输出频率的范围较宽,可用C改变频率的范围,实现频率微调。
方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。
三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。
电位器可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率。
电路图如下所示,由于方波和三角波是同时产生的所以通过对图中R4滑动变阻器的调节可以实现方波和三角波的调频以及调幅。
图3.2.1三角波发生电路图
图3.2.2三角波发生电路仿真
3.3三角波-正弦波转换电路工作原理
在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下,要以考虑采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。
输入电压和输出电压的波形如图3.4所示uO的频率等于uI基波的频率
图3.3.1
利用低通滤波器将三角波转换成正弦波,其工作原理
其中U是三角波的幅值。
根据上式可知,低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的波形频率且小于三角波的三次谐波频率。
当然,也可以利用带通滤波器实现上述变换。
图3.3.2三角波发生电路图
图3.3.3三角波-正弦波转换电路仿真
4电路的计算
4.1电路的计算
1.方波-三角波中电容C1变化(关键性变化之一)
实物连线中,我们一开始很长时间出不来波形,后来将C2从10uf换成0.1uf时,顺利得出波形,在理论电路中C2=10uF时,可以得出波形,但频率很低,因此在实际电路中不宜发现。
所以将C2换为0.1uF,从而顺利得出波形。
2.三角波-正弦波部分
比较器A1与积分器A2的元件计算如下。
可得
即
取
则
,取
,RP1为
的电位器,区平衡电阻
由式,得到
即
当1HZ≤f≤10HZ时,取C2=10
则
取
,RP2为100KΩ电位器。
当时10HZ≤f≤100HZ,取C2=1
以实现频率波段的转换,R4及RP2的取值不变。
取平衡电阻R5=10
。
三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是:
隔直电容C3、C4、C5要取得较大,因为输出频率很低,取
,滤波电容C6视输出的波形而定,若含高次斜波成分较多,
可取得较小,C6一般为几十皮法至0.1微法。
RE2=100
与Rp4=100RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联,以减小差分放大器的线性区。
差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线,调整RP4及电阻R*确定。
4.2电路参数选择
如图中正弦波发生器电路图所示,其中 R1、Rf与两个1BH62构成负反馈网络,R1、R2、C1、C2构成选频网络,若输出频率为1KHZ ,则应选择 R1=R2=40KΩ,C1=C2=0.004μF。
b.如图中滞回比较器,其阈值电压UT=R4·U0/(R3+R4)。
c.如图中的微分电路,根据“虚短”和“虚断”,有uP=uN=0。
d.如图中的一阶低通滤波器,其
5.结论
此次是我们的第一次课程设计,起初感到很茫然,有一种不知所措的感觉,我们这次的设计是以小组的形式,通过与同学的讨论与认真计算设计分析所完成的,课程设计的任务是设计、调试一个简单的函数信号发生装置。
需要我们综合运用“模拟电子技术基础”课程的知识,通过查阅资料、方案论证与选定;设计和选取电路和元器件;分析指标及讨论,完成设计任务。
在这次课程设计中,我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。
动手能力得到很大的提高。
其次,这次课程设计提高了我的团队合作水平,使我们配合更加默契,体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。
在实验过程中,我们遇到了不少的问题。
比如:
波形失真,甚至不出波形这样的问题。
在老师和同学的帮助下,把问题一一解决,那种心情别提有多高兴啊。
实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题,从中我发现自己并不能很好的熟练使用我所学到的模电知识,有些理论知识还处于懵懂状态,老师们不厌其烦地为我们调整波形,讲解知识点,实在令我感动。
在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。
但由于电路比较简单、定型,而不是真实的生产、科研任务,所以我们基本上能有章可循,完成起来并不困难。
把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步,元器件选择等手段结合起来,掌握工程设计的步骤和方法,了解科学实验的程序和实施方法。
这对今后从事技术工作无疑是个很好的训练。
通过这种综合训练,我们可以掌握电路设计的基本方法,提高动手组织实验的基本技能,培养分析解决电路问题的实际本领,为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。
同时也让我充分认识到自己的空想与实践的差别,认识莫眼高手低,莫闭门造车,知识都在不断更新和流动之中,而扎实的基础是一切创造的源泉,只有从本质上理解了原理,才能更好的于疑途寻求柳暗花明,实现在科学界的美好畅游和寻得创造的快乐。
感谢在这次模电的课程设计中,老师对我们的疑问及时的解答以及小组同学对我的帮助。
最后用一句话来结束吧。
“实践是检验真理的唯一标准”。
参考文献:
【1】康华光编著,模拟电子技术,高等教育出版社,2006年
【2】杨志忠编著,电子技术课程设计,机械工业出版社,2008年
【3】陈明义编著,电子技术课程设计实用教程,中南大学出版社,2006年
【4】童诗白主编.模拟电子技术基础(第三版).北京:
高教出版社,2001
【5】李万臣主编.模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社,2001.3
【6】胡宴如主编.模拟电子技术.北京.高等教育出版社,2000
致谢
经过一星期和组员的共同努力及老师的细心指导下终于把电路设计实验完成,感谢我的指导老师范卉青老师,她严谨细致、一丝不苟的工作作风一直是我工作、学习的榜样;她循循善诱的教导和不拘一格的思路给与我无尽的启发。
本课题在选题中得到老师的悉心指导,在我们的后期制作中老师为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,因为老师的精心点拨和热忱鼓励才使得我的课题能够顺利完成。
还要感谢我的同学他们给予我极大的帮助,感谢他们为我提出的宝贵的建议和意见,有了他们的支持、鼓励和帮助,我才能顺利的完成课题设计。
从开始进入课题到论文的顺利完成,一直都离不开老师、同学给我的热情帮助,在这里请接受我最诚挚的谢意。
附录Ⅰ元器件的选用规格
标号
元器件名称
规格与型号
D1
整流二极管
1N4001
D2
整流二极管
1N4001
D3
稳压二极管
1N4734
D4
稳压二极管
1N4734
A1
集成运算放大器
MC4558
A2
集成运算放大器
MC4558
A3
集成运算放大器
LM324
R1
电阻
15kΩ1/8W
R2
电阻
15kΩ1/8W
R3
电阻
330Ω1/8W
R4
电阻
100kΩ1/8W
R5
电阻
10kΩ1/8W
R6
电阻
10kΩ1/8W
R7
电阻
330Ω1/8W
R8
电阻
5.6kΩ1/8W
R9
电阻
10kΩ1/8W
R10
电阻
330Ω1/8W
R11
电阻
5.6kΩ1/8W
R12
电阻
10kΩ1/8W
R13
电阻
100kΩ1/8W
R14
电阻
330Ω1/8W
RP1
双联线性电位器
150kΩ
RP2
电位器
100kΩ
RP3
电位器
20kΩ
C1
电容
0.22μF
C2
电容
0.022uF
C3
电容
0.0022μF
C4
电容
0.22uF
S1
转换开关
S2
转换开关
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程 函数 信号发生器 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)