模电课设 之函数信号发生器Word格式.docx
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6.3方波—三角波转换电路的实验结果………………………………………………(11)
7元器件列表………………………………………………………………………………(11)
8参考文献…………………………………………………………………………………(12)
9心得体会…………………………………………………………………………………(13)
10本科生课程设计成绩评定表……………………………………………………………(14)
1设计目标
(1)正弦波Upp≈3V,幅度连续可调,线性失真小。
(2)三角波Upp≈5V,幅度连续可调,线性失真小。
(3)方波Upp≈14V,幅度连续可调,线性失真小。
(4)频率范围:
三段:
10~100Hz,100Hz~1KHz,1KHz~10KHz;
(5)频率控制方式:
改变RC时间常数;
(6)正弦波输出电量:
电流;
2函数发生器总方案及原理框图
2.1方案选择
方案一:
先产生正弦波,再由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。
方案二:
先产生方波,再将方波变成三角波,再将三角波通过差分放大器产生正弦波。
本次设计采用方案一,即由集成运算放大器组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。
2.2原理框图
正弦波
图1总体框图
3各组成部分的工作原理
3.1正弦波发生电路的工作原理
图2RC正弦波振荡电路
原理如下:
如图2所示,正弦波电路由放大电路、正反馈网络和选频率网络组成。
RC串联臂阻抗为Z1,RC并联臂阻抗为Z2,通常要满足R1=R2,C1=C2,
其频率特性分析如下:
,
反馈网络的反馈系数
因s=jw,令w0=1/RC,则反馈系数为
幅频特性表达式为
当w=w0=1/RC时,
幅频响应有最大值Fvmax=1/3。
此时相频响应为
。
这样RC串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输出电压同相,即,RC反馈为正反馈,满足相位平衡,可能产生振荡。
调节RC的参数时可实现频率谐振,在频率谐振过程中,电路不会停止振荡,也不会使输出幅度改变。
因此该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。
本次采用RC正弦波振荡器,可产生7Hz至16KHz的低频信号,满足设计要求。
3.2正弦波—方波转换电路的工作原理
图3正弦波—方波转换电路
R1、D1、D2为输入保护电路,R1为限流电阻,防止R1过大时损坏运放器;
D1、D2为输入保护二极管,限制输入电压幅度。
输出回路R2为限流电阻,Dz为双向稳压二极管,完成输出电压双向限幅,使得输出电压幅度限制为±
Dz
当Vi为正弦波信号时,经比较器变换,输出Vo为方波信号,如图4所示.
图4输出方波
3.3方波—三角波转换电路的工作原理
图5积分器
如图5,利用虚短和虚断两条法则求Vo和Vi的关系,有:
有节点电流法可知
,表明v0与vi为积分关系。
因此,若积分器输入为方波,其输出波形即为三角波。
如图6所示
图6方波—三角波转换电路
3.4电路参数的计算及选择
(1)对正弦波发生电路:
振荡频率,10Hz<
f0<
10KHz,
取C=1uF,则R取值为15.9至15.9K,R可取20K电位器。
起振幅值条件,即,R8取6k,仿真时实际取R4=3.3kΩ
稳幅部分采用常见的1N4001反向并联连接,输出端用1kΩ电阻限流。
(2)对正弦波—方波转换电路:
输入端保护限流电阻R3选择1K,限制电压输入幅度同样采用二极管1N4001反向并接,
输出端限流电阻选用20K电位器,Dz选用RD15稳压管反向串联,电压幅度限制在±
Vz。
(3)对方波--三角波转换电路:
C3采用1uF,R10采用1KΩ,=900Ω
3.5总原理图
图7总原理图
4电路的仿真
本次设计采用Multisim软件进行仿真,在Multisim中按照设计原理图画出仿真图后,查看输出曲线。
4.1正弦波发生电路的仿真
图8产生的正弦波
4.2正弦波—方波转换电路的仿真
图9产生的正弦波和方波曲线
4.3方波—三角波转换电路的仿真
图10产生的方波和三角波曲线
5电路的安装与调试
5.1正弦波发生电路的安装与调试
(1)安装正弦波产生电路
首先将运放芯片LM324插入通用电路板;
再分别把各电阻、电容放入适当位置,电位器管脚不要接错;
最后按设计原理图接线。
(2)调试正弦波产生电路
首先接入正负直流电源后,用示波器进行正弦波单踪观察;
然后调节R11、R12使正弦波的幅值及频率满足指标要求;
根据示波器的显示,各指标达到要求后进行下一步安装。
5.2正弦波—方波转换电路的安装与调试
(1)安装正弦波—方波变换电路
首先将LM324插入电路板;
再分别把电阻放入适当位置;
按图接线,注意直流源的正负及接地端。
(2)调试正弦波—方波变换电路
首先接入正负直流电源后,用示波器进行正弦波—方波双踪观察;
然后调节波的幅值及频率满足指标要求;
根据示波器的显示,指标符合要求后进行下一步安装。
5.3方波—三角波转换电路的安装与调试
首先将LM324放入电路板,再分别把电容、电阻放入适当位置;
按图接线,注意正负极。
接入正负直流电源后,用示波器进行方波—三角波双踪观察。
5.4总电路的调试
把三部分的电路接好,进行整体测试、观察示波器波形。
针对各部分出现的问题,逐各排查校验,使其满足实验要求。
(1)电路仿真时,最初用Proteus软件进行,测试后发现,相同的参数在Multisim中能产生波形,在Proteus中却不能满足,但实物电路也验证了该参数下波形的产生,为取得最佳仿真效果,改用Multisim仿真。
(2)实际电路中,,一直不能调试出三角波,或者是失真较大的三角波,实际电路中LM324运放性能与仿真结果有较大出入,因此临时将其用高速运放OP27替换,得到符合条件的结果。
(3)实物电路中方波及三角波调幅不能很好的实现。
可能是前后电路时间常数配合有误差,导致积分器饱和。
(4)实际电路中增加了几个开关,便于测量输出不同的波形。
6实物电路的测量结果
6.1正弦波发生电路的实验结果
实际电路中,正弦波的频率变化及峰峰值对应如表1:
表1正弦波频率及峰峰值对应表
频率(Hz)
峰峰值(V)
7
11
8
14
12
16.8
17
34
17.2
76
18.6
214
18.8
522
1.645K
15.4
9.025K
6.16
11.29K
5.50
15.38K
3.52
6.2正弦波—方波转换电路的实验结果
实测电路中的方波频率如表二所示:
表2方波频率及峰峰值对应表
4
20.6
21
100
24
500
1K
20.8
3K
16
10K
19
6.3方波—三角波转换电路的实验结果
实测电路得到如表3的结果:
表3三角波的频率及峰峰值对应表
10
10.9
11K
11.8
7元器件列表
元器件如表4所示:
表4元器件清单
多孔通用板
1块
导线及排插
若干
LM324
3个
OP27
2个
1K欧电阻
900欧电阻
1个
3.3K欧电阻
6K欧电阻
20K欧电位器
1uF电容
1N4001二极管
4个
稳压二极管RD15
示波器
1台
直流稳压源
万用表
8参考文献
(1)舒庆莹.电子技术基础实验(模拟部分)。
武汉:
武汉理工大学出版社.2008.9
(2)蔡元宇.电路及磁路(第2版)[M].北京:
高等教育出版社,2000.5.
(3)吴友宇.模拟电子技术基础.北京:
清华大学出版社.2009.5
(4)RayenderGoyal.High-frepuencyAnalogIntegratedCircuitDesign.NewYork:
JohnWiley&
Sons.Inc,1995.
(5)吉永淳(日本)编.模拟电路.北京:
科学出版社.2001年.
9心得体会
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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- 模电课设 之函数信号发生器 函数 信号发生器