金陵科技學(xué)院模電課程設(shè)計(jì)

1、成績(jī) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 方波、三角波、正弦波信號(hào) 發(fā)生器設(shè)計(jì) 課 程 名 稱(chēng) 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 院 部 名 稱(chēng) 智控院 專(zhuān) 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 14自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 錢(qián)濤 學(xué) 號(hào) 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn) C105 課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí) 1周 指 導(dǎo) 教 師 余振中 金陵科技學(xué)院教務(wù)處制目錄1、 緒論3 1.1相關(guān)背景知識(shí)31.2課程設(shè)計(jì)目的41.3課程設(shè)計(jì)的任務(wù)41.4課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)42、信號(hào)發(fā)生器的基本原理42.1原理框圖42.2總體設(shè)計(jì)思路53、各組成部分的工作原理53.1 正弦波產(chǎn)生電路53.1.1正弦波產(chǎn)生電路53.1.2正弦波產(chǎn)生電路的工作原理63.2 正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路63.2.

2、1正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路圖63.2.2正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路的工作原理73.3 方波到三角波轉(zhuǎn)換電路73.3.1方波到三角波轉(zhuǎn)換電路圖73.3.2方波到三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理84、電路仿真結(jié)果94.1正弦波產(chǎn)生電路的仿真結(jié)果94.2 正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果94.3方波到三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果95、設(shè)計(jì)結(jié)果分析與總結(jié)10參考文獻(xiàn)1.緒論1.1相關(guān)背景知識(shí)在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，因而如何根據(jù)被測(cè)量電子信號(hào)的不同特征和測(cè)量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號(hào)源成了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形

3、)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢?jiàn)信號(hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿(mǎn)足測(cè)量或各種實(shí)際需要。波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測(cè)電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號(hào)。與現(xiàn)有各類(lèi)型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡(jiǎn)單方便。1.2課程設(shè)計(jì)目的通

4、過(guò)本次課程設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的是：提高學(xué)生在模擬集成電路應(yīng)用方面的技能，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)生通過(guò)電路設(shè)計(jì)初步掌握工程設(shè)計(jì)方法，逐步熟悉開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐的程序和方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后從事的實(shí)際工作打下必要的基礎(chǔ)。1.3課程設(shè)計(jì)的任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器；能同時(shí)輸出一定頻率一定幅度的三種波形：正弦波、方波和三角波；用5V電源供電；1.4課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)輸出波形：正弦波、方波、三角波；頻率范圍在10Hz-10000Hz范圍內(nèi)可調(diào)；2.信號(hào)發(fā)生器的基本原理2.1原理框圖圖1 正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖2.2總體設(shè)計(jì)思路R

5、C正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波方波三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，電路框圖如圖1所示，先通過(guò)RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過(guò)電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過(guò)積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號(hào)。但經(jīng)過(guò)積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號(hào)，存在難度。原因是積分器電路的積分時(shí)間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同時(shí)改變。若要保持三角波幅度不變，需同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小。3.各組成部分的工作原理3.1 正弦波產(chǎn)生電路3.1.1正弦波產(chǎn)生電路圖2 正弦波產(chǎn)生電路圖3.1.2正弦波產(chǎn)生電路的工作原理圖3 RC橋式正弦波振蕩電路電路中RC串、

6、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)，R1、R2、RP及二極管等元件構(gòu)成反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器RP，可以改變負(fù)反饋深度，滿(mǎn)足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管VD1、VD2正向電阻的非線性特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。VD1、VD2采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對(duì)稱(chēng)。R3的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。其中：R4、R5、C1、C2構(gòu)成RC串并聯(lián)電路，故R4=R5，C1=C2。電容C1,C2.電阻R4,R5是整個(gè)電路頻率大小的關(guān)鍵，電路的振蕩頻率 起振的幅值條件 式中，調(diào)整反饋電阻（調(diào)），使電路起振，且波形失真最小。如果不能起振，

7、則說(shuō)明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大。如果波形失真嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)減小。改選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容C作為頻率量程切換，而調(diào)節(jié)R作為量程內(nèi)頻率細(xì)調(diào)。3.2 正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路3.2.1正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路圖圖4 正弦波轉(zhuǎn)換為方波3.2.2正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路的工作原理集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，工作在非線性區(qū)，輸入信號(hào)Ui加在正向輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，即U+為正時(shí)，U+U-，則輸出為正。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，即U+為負(fù)時(shí)，U-U+，則輸出為負(fù)，如此周而復(fù)始，在集成運(yùn)放輸出端便得到了矩形波。3.3 方波到三角波轉(zhuǎn)換電路3.3.1方波到三角波轉(zhuǎn)換電路圖圖5 方波轉(zhuǎn)換為三角波3.3.2

8、方波到三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理當(dāng)電源接通時(shí)，假設(shè)電容器初始電壓為零，集成運(yùn)放A2輸出電壓為正飽和電壓值+Uz，積分器輸入為+Uz，電容C開(kāi)始充電，輸出電壓Uo3開(kāi)始減小，u+值也隨之變小，當(dāng)Uo3減小到-(R8*Uz)/R10時(shí).u+由正值變?yōu)榱悖瑴仉妷罕容^器A2翻轉(zhuǎn)，集成運(yùn)放A2的輸出Uo2=-Uz.當(dāng)Uo2=-Uz時(shí)，積分器輸入負(fù)電壓，輸出電壓Uo3開(kāi)始增大，u+值也隨之增大，當(dāng)Uo3增加到(R8*Uz)/R10時(shí)，u+由負(fù)值變?yōu)榱悖瑴仉妷罕容^器A1翻轉(zhuǎn)，集成運(yùn)放A2的輸出Uo2=Uz,此后，上述過(guò)程不斷重復(fù)，便在A2的輸出端得到幅值Uz的矩形波，A3輸出端得到三角波。方波幅值 三角波

9、幅值調(diào)節(jié)可以改變振蕩頻率，改變比值可以調(diào)節(jié)三角波的幅值。4、電路仿真結(jié)果4.1正弦波產(chǎn)生電路的仿真結(jié)果4.2 正弦波到方波轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果4.3方波到三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果5、設(shè)計(jì)結(jié)果分析與總結(jié)通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到調(diào)試過(guò)程中，我個(gè)人感覺(jué)調(diào)試部分是最難的，

10、因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，而這個(gè)可能也是老師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧！在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們遇到了不少的問(wèn)題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問(wèn)題。在自己查閱資料以及老師和同學(xué)的幫助下，把問(wèn)題一一解決，那種心情別提有多高興啦。實(shí)驗(yàn)中暴露出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問(wèn)題，有些理論知識(shí)還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)在令我感動(dòng)。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。感謝學(xué)校和老師給我安排了這次課程設(shè)計(jì)，讓我真正感受到的是合作的重要，許多時(shí)候都是同學(xué)的討論，老師的指導(dǎo)中的一句半句啟發(fā)了我，就出現(xiàn)了讓人欣喜的結(jié)果；理論知識(shí)同樣很重要，有些問(wèn)題都是基礎(chǔ)知識(shí)掌握不好才出現(xiàn)的?？偟膩?lái)說(shuō)。我覺(jué)得像課程設(shè)計(jì)這種類(lèi)型的作業(yè)對(duì)我們的幫助還是很大的，他需要我們將學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，從中暴露出自己的不足，以待改正。整個(gè)設(shè)計(jì)可以基本實(shí)現(xiàn)其功能，由于水平有限，難免有錯(cuò)誤，還希望老師批評(píng)指正。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我要更加努力，