模拟电子技术函数信号发生器.docx
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模拟电子技术函数信号发生器
课程名称:
模拟电子技术课程设计
题目:
函数信号发生器设计
一、设计任务与要求
1.设计并制作能产生正弦波、矩形波(方波)和三角波(锯齿波)的函数发生器,
本信号发生器可以考虑用专用集成芯片(如5G8038等)为核心实现。
2.信号频率范围:
1Hz∽100kHz;
3.频率控制方式:
①手控通过改变RC参数实现;
②键控通过改变控制电压实现;
③为能方便地实现频率调节,建议将频率分档;
4.输出波形要求
①方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS,占空比在48%∽50%之间;
②非线性误差≤2%;
③正弦波谐波失真度≤2%;
5.输出信号幅度范围:
0∽20V;
6.信号源输出阻抗:
≤1Ω;
7.应具有输出过载保护功能;
8.具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。
二、方案设计与论证
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。
此次所要设计的函数信号发生器,主要是产生正弦波,方波,三角波。
产生正弦波的主要是RC桥式正弦波振荡电路,然后再由滞回比较器将正弦波转换为方波,再由积分放大电路将方波转换为三角波,最后由低通滤波电路将三角波转换为正弦波。
3、单元电路设计与参数计算
正弦波:
产生正弦波振荡的条件为:
1.引入正反馈网络,放大电路,选频网络和稳幅环节四个组成部分。
2.满足起振条件:
|AF|>1.
3.放大电路是否能正常工作:
静态工作点是否合适,动态信号能不能放大
4.判断电路是否引入正反馈:
利用瞬时极性法
正弦波震荡的平衡条件为:
5.当f=f0时,F=1/3,则A=AU=3,又因为起振条件:
|AF|>1,所以
调节振荡器频率的方法为:
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波:
原因:
要提高其振荡频率,必须减小R和C的值,放大器的输出电阻和晶体管的极间电容将影响其选频特性,输出频率不稳定。
正弦波发生电路
方波:
方波的产生电路是用的滞回比较器:
因为:
所以:
因为:
所以:
就是阀值电压
即
UT也称为上下门限电压,所以其电压传输特性为:
但滞回比较器灵敏度低,但抗干扰能力强。
方波发生电路
三角波:
三角波的产生电路为积分电路,所以只要将矩形波电路的输出(方波)作为积分电路的输入,在积分电路的输出端就可以得到三角波电压输出。
又因为根据虚短虚断,可得:
三角波发生电路
过载保护电路:
利用二极管可以实现输入电压的过电压保护,当电压大到一定程度时二极管导通,使集成运放的净输入电压限定在二极管的导通电压。
图中的R4为二极管的限流电阻,确保二极管不会因为正向电流过大而损坏。
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
2.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
V1
12V
1
V2
12V
1
VCC
15V
1
VEE
-15V
1
D1
5V
1
D3
5V
1
D2
1N4001
1
D4
1N4001
1
U1A
LM324N
1
U2A-U3A
LM324AD
2
R4-R5
1.07KΩ
2
R7、R12、R8
100KΩ
3
R1
9.5MΩ
1
R2
330kΩ
1
R13、R14
30KΩ
2
C1
0.01uF
1
C3、C4
0.22uF
1
Key
3
XFC1-XFC3
3
导线
若干
五、仿真调试与分析
仿真结果及分析
方波
三角波
6、结论与心得
经过一个多星期的努力,终于完成了这次的课程设计,但是心里并没有完成之后的喜悦感,这次的课程设计,我完成的速度比较慢,我想,大概模电的知识我都忘的差不多了,所以设计起来,总是这翻翻那翻翻,而且翻了,看了也不懂,从而降低的速度。
在这次实习中,我主要是通过网络资源来解决问题的,虽然在设计的结果没有那么好,但至少还是完成了。
而这也是我高兴了,毕竟通过自己的努力去完成一件事,可以体现自己的价值。
在这次实习中,又让我再一次感到,原来理论和实践是有区别的,如果不能把自己的理论知识,运用于实践当中,我们所学的东西,也毫无用武之地。
心里还是有一点成就感,通过这次课程设计,自己学会了很多,增加了自己对模电的认识,以及对一些电路元件的认识,这次设计还使我认识到,电路设计需要耐心,需要一种整体的思维,而且遇到点问题很正常,关键要学会分析问题,善于解决问题,很多东西要弄懂弄透,不断积累经验。
所以说,坐而言不如立而行,对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
能够完成这次的课程设计,我认为离不开同学们的帮助,在实验过程中,我们也遇到了不少的问题。
比如:
波形失真,甚至不出波形这样的问题。
经过反复选择、参考教科书和同学的帮助,把问题一一解决了。
实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题,有些理论知识还处于懵懂状态。
七、参考文献
⑴《现代电子学及应用》,童诗白、徐振英编,高等教育出版社,1994年
⑵《电子系统设计》,何小艇等编,浙江大学出版社,2000年
⑶《集成电子技术基础教程》,郑家龙、王小海、章安元编,高教出版社,2002年
⑷《电子技术课程设计指导》彭介华编,高等教育出版社,1997年
⑸《新编555集成电路应用800例》陈永甫编著电子工业出版社2000年
⑹《实用电子电路手册(模拟电路分册)》编写组编,高教出版社,1991年
⑺《国产集成电路应用500例》,周仲编,电子工业出版社,1992年
⑻《新编555集成电路应用800例》陈永甫编著电子工业出版社2000年
⑼《电子线路设计·实验·测试》(第三版)谢自美主编华中科技大学出版社2006年
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