模電課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、第1章 緒論1.1電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電子器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括 analog (模擬) 電子技術(shù)和 digital (數(shù)字) 電子技術(shù)。電子技術(shù)是對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方式主要有：信號(hào)的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。電子技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)超高速化，超大容量，多功能化和開僻新器件領(lǐng)域。在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，微電子技術(shù)產(chǎn)品的技術(shù)水平仍將遵循莫爾定律高速發(fā)展，并對(duì)未來(lái)電子信息技術(shù)及知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)極為深刻的影響。未來(lái)電子技術(shù)發(fā)展方向1. 半導(dǎo)體生存系統(tǒng)正在發(fā)生變化。隨

2、著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)數(shù)十年的發(fā)展，整機(jī)制造商和半導(dǎo)體供應(yīng)商的需求和服務(wù)都在發(fā)生轉(zhuǎn)變：從整機(jī)制造商來(lái)看，其需求層次已由器件、參考設(shè)計(jì)上升到總體解決方案，包括硬件、軟件，甚至外形等工業(yè)設(shè)計(jì)，這對(duì)半導(dǎo)體廠商提出更高的要求；另一方面，半導(dǎo)體供應(yīng)商面臨更多的挑戰(zhàn)，包括更高的集成度、更低的功耗、更低的成本。基于這些要求，業(yè)界的廣泛合作會(huì)成為一個(gè)必然。例如，一家半導(dǎo)體公司可能需要與數(shù)十甚至百家軟件供應(yīng)商合作，共同推出一個(gè)平臺(tái)以滿足應(yīng)用的需求。在這一方面，也希望中國(guó)本土的半導(dǎo)體廠家在業(yè)界廣泛開展合作，以各自的特點(diǎn)形成強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合態(tài)勢(shì)，迅速建立自己的品牌形象。 2. 平臺(tái)解決方案的重要性和業(yè)界的接受程度日益明顯。領(lǐng)先的半導(dǎo)

3、體公司紛紛推出了各具特色的平臺(tái)產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在強(qiáng)大的功能、廣泛的第三方軟件和硬件支持、產(chǎn)品的可延續(xù)性和升級(jí)性等。從業(yè)界的發(fā)展趨勢(shì)看，當(dāng)我們由單個(gè)器件向更高集成度發(fā)展的過(guò)程中，平臺(tái)解決方案是必然所至，尤其是那些在廣義平臺(tái)概念上衍生而出的針對(duì)特定垂直市場(chǎng)的平臺(tái)解決方案，如頻視應(yīng)用、音頻應(yīng)用、顯示應(yīng)用等。 3. 可靠、高效率、低功耗是業(yè)界對(duì)電源系統(tǒng)的永久追求。從目前一些領(lǐng)先電源半導(dǎo)體制造商的解決方案來(lái)看，在中、小功率應(yīng)用中，提高效率、降低成本仍然是主要的作為；而對(duì)于大功率應(yīng)用來(lái)看，多相位無(wú)疑將成為主流，在服務(wù)器、電信設(shè)備中的應(yīng)用中已明顯看到這個(gè)趨勢(shì)。節(jié)能產(chǎn)品已成為進(jìn)入歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的通行證，相關(guān)的

4、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷出臺(tái)，利用先進(jìn)的節(jié)能半導(dǎo)體技術(shù)能在電動(dòng)控制、照明等主要耗電領(lǐng)域節(jié)省30%至50%的能源。 4. 可編程技術(shù)和器件將與平臺(tái)半導(dǎo)體解決方案形成更激烈的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，并促進(jìn)fpga/cpld器件密度的進(jìn)一步提高，以及面向特定應(yīng)用的新型器的研發(fā)?？焖俚漠a(chǎn)品更新周期和不斷的升級(jí)造就了可編程器件的迅速發(fā)展，對(duì)于樣品階段以及一些新興電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，將一直保持其靈活、快速的優(yōu)勢(shì)，而當(dāng)進(jìn)入快速成長(zhǎng)和成熟期的階段，可編程器件公司的策略是低成本可編程器件或類似asic的掩膜器件來(lái)進(jìn)一步延伸其產(chǎn)品的生命周期。而這對(duì)于制造商的利益在于可以無(wú)縫地移植代碼，并順利地進(jìn)入批量生產(chǎn)。 5. eda工具和半導(dǎo)體i

5、p成為半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的重要支持力量。半導(dǎo)體工藝向90nm以及65nm、45nm直至32nm的進(jìn)程大大增加了芯片復(fù)雜度，而其它需求，如采用cmos工藝實(shí)現(xiàn)模擬和射頻電路、dfm、dft等，對(duì)eda工具提出了更高的要求。sip是半導(dǎo)體廠商可以考慮的一種重要模式。與此同時(shí)，半導(dǎo)體ip，尤其是一些被業(yè)界廣泛認(rèn)同的內(nèi)核，正成為快速推出ic（單ip內(nèi)核或多ip內(nèi)核）的一條捷徑。 6. 模擬器件仍然無(wú)處不在。數(shù)字家庭中的無(wú)線連接、新潮便攜數(shù)碼產(chǎn)品中的音頻電路、電源管理、信號(hào)通路使模擬器件的重要性日益突顯，我們看到的趨勢(shì)是在數(shù)字世界中創(chuàng)造了更多的模擬應(yīng)用，放大器、adc/dac、接口都是明顯的例子。未來(lái)，我們

6、應(yīng)該更關(guān)注的是模擬及數(shù)字器件將如何不斷融合的發(fā)展進(jìn)程。 7. 信息加密系統(tǒng)是身份認(rèn)證、信息保密、信息完整以及信息確認(rèn)方面的保證。pki加密算法等，可以提供數(shù)據(jù)的安全保障，而結(jié)合了智能卡和pki的智能卡存儲(chǔ)加密解決方案，通過(guò)“卡”和“密鑰”的共同使用，可以進(jìn)一步提高安全的可靠性。同時(shí)，生物密鑰、量子密鑰等其它加密手段也在取得進(jìn)展。1.2本設(shè)計(jì)的主要工作1、設(shè)計(jì)要求1電路能輸出正弦波、方波和三角波等三種波形；2輸出信號(hào)的頻率要求可調(diào)；3擬定測(cè)試方案和設(shè)計(jì)步驟；4根據(jù)性能指標(biāo)，計(jì)算元件參數(shù)，選好元件，設(shè)計(jì)電路并畫出電路圖；5在面包板上或萬(wàn)能板或pcb板上安裝電路；6測(cè)量輸出信號(hào)的幅度和頻率；7撰寫設(shè)

7、計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)正弦波方波三角波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 3、課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、三角波；3頻率范圍 ：在，范圍內(nèi)可調(diào) ；4輸出電壓：方波，三角波，正弦波；方波小于。第2章 簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。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，本課題介紹正弦波、方波、三角波函數(shù)發(fā)生器的方法。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)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方

8、波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生正弦波，再將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ê腿遣ǖ碾娐吩O(shè)計(jì)方法。2.1原理框圖2.2 正弦波的產(chǎn)生2.2.1正弦振蕩電路的原理正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。 rc橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）電路的構(gòu)成串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)， 和為負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與、負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個(gè)橋路，稱為橋式。電路的振蕩頻率起振的幅值條件 穩(wěn)幅措施rc振蕩電路當(dāng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整負(fù)反饋的強(qiáng)弱，只有在時(shí)才能輸出正弦波，失真小，但如果大于3的話，波形將產(chǎn)生嚴(yán)重失，所以引入了

9、穩(wěn)幅措施。2.2.2正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)圖2-2為rc橋式正弦波振蕩器。其中串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，、及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器rw，可以改變負(fù)反饋深度，以滿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、正向電阻的非線性特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。、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。電路的振蕩頻率 起振的幅值條件 式中， 二極管正向?qū)娮?。調(diào)整反饋電阻（調(diào)），使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說(shuō)明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小。從741的第六腳輸出的波形為正弦波。通過(guò)調(diào)節(jié)rc并串連中的r

10、可使得輸出的正弦波頻率不一樣。圖2-2正弦波產(chǎn)生圖2.3 方波的產(chǎn)生遲滯比較器的電路圖如圖2-3所示。該比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。由于正反饋?zhàn)饔茫@種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而變化。在實(shí)際電路中為了滿足負(fù)載的需要，通常在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的和 。 圖2-3 遲滯比較器 圖2-4 遲滯比較器電壓傳輸特性由圖2-3可知:電路翻轉(zhuǎn)時(shí)： 即得:2.4 三角波的產(chǎn)生積分是一種常見的數(shù)學(xué)運(yùn)算，然而本課程討論的是模擬積分。積分電路如圖2-4-1所示。利用虛地和虛斷的概念：，。,因此有,電容起c以電流 進(jìn)行充電。假設(shè)電容起c初始電壓，則圖2-4-1 積分電

11、路 (2.4.1) (2.4.2)若 是幅值為e的階躍電壓，并設(shè)，則 (2.4.3)即輸出電壓隨時(shí)間增長(zhǎng)而現(xiàn)行下降。顯然rc的數(shù)值越大，達(dá)到給定的值所需的時(shí)間越長(zhǎng)。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放的最大輸出范圍的限值。由原理可知，積分電路能將方波轉(zhuǎn)化為三角波。電路如下：方波和三角波發(fā)生器由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和rc積分器兩大部分。如圖2-4所示為由遲滯比較器和集成運(yùn)放組成的積分電路所構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器。圖2-4方波和三角波發(fā)生器電路方波和三角波發(fā)生器的工作原理：a1構(gòu)成遲滯比較器同相端電位由和決定。利用疊加定理可得： (2.4.4) 當(dāng)時(shí)，輸出為

12、正，即當(dāng)時(shí)，輸出為負(fù)即 (2.2.5)構(gòu)成反相積分器為負(fù)時(shí)，向正向變化，為正時(shí)，向負(fù)向變化。假設(shè)電源接 通時(shí)，線性增加。當(dāng)： 時(shí)，可得: (2.2.6)當(dāng)v02上升到使vp略高于0v時(shí)，a1的輸出翻轉(zhuǎn)到v01=+vz。同樣： 時(shí)當(dāng)下降到使略低于0時(shí)，。這樣不斷的重復(fù)，就可以得到方波和三角波。其輸出波形如圖2-6所示。輸出方波的幅值由穩(wěn)壓管決定，被限制在穩(wěn)壓值之間。電路的振蕩頻率：方波幅值： 三角波幅值： 調(diào)節(jié)可改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之而變化。 圖2-4-2 三角波發(fā)生器波形圖第3章ewb仿真及仿真結(jié)果3.1 ewb的簡(jiǎn)介electronic workbench簡(jiǎn)稱ewb，專用于電子電

13、路仿真的“虛擬電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”軟件工具。該軟件可以對(duì)各種模擬電路、數(shù)字邏輯電路及混合電路進(jìn)行仿真。ewb軟件對(duì)電路的輸入采用原理圖輸入方式，易學(xué)易懂；軟件提供的虛擬儀器與實(shí)際儀器外形及其操作基本一致；軟件提供的元器件有上千種，內(nèi)容豐富，器件齊全。與其它的仿真電路軟件相比，electronic workbench具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。使用ewb進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生更快、更好的掌握課堂講述的內(nèi)容，加深對(duì)概念、原理的理解，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)的不足。而且通過(guò)電路仿真，可以熟悉常用的電子儀器的測(cè)量方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。3.2 ewb仿真及結(jié)果圖3-2

14、-1 ewb仿真圖3.2.1仿真1、正弦波得仿真圖3-2-2 正弦波仿真圖3-2-3正弦波-三角波仿真圖3-2-4正弦波-方波仿真2、方波-三角波的仿真圖3-2-5 方波的仿真圖3-2-6三角波的仿真圖3-2-7方波三角波的仿真3.2.2仿真結(jié)果及分析1、正弦波的仿真結(jié)果表3-2-8 正弦波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3-2-9方波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)峰峰值：要求數(shù)據(jù) 仿真結(jié)果下降時(shí)間：要求數(shù)據(jù) 仿真結(jié)果表3-2-10三角波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求數(shù)據(jù)仿真結(jié)果2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)于我們進(jìn)行仿真的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正弦波得頻率在縮小了，在縮小了。正弦波的峰峰值誤差較小。由于在調(diào)試的過(guò)程中滑動(dòng)變阻器的變化不是很微小，所以在測(cè)量的時(shí)候就會(huì)有誤差。本身的

15、參數(shù)設(shè)置也純?cè)谝恍┱`差，骨灰如此。方波下降時(shí)間誤差過(guò)大，原因是所選的元器件不夠好。三角波的峰峰值的誤差很小。很符合要求。3.3 pcb電路板的設(shè)計(jì)第4章 結(jié)束語(yǔ)這次的模電課程設(shè)計(jì)是我上大學(xué)以來(lái)的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)，其中的辛酸我想每個(gè)人都深有體會(huì)吧。簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，在很短的時(shí)間內(nèi)就被我選出來(lái)了。當(dāng)時(shí)選這個(gè)題目的原因就是，原理我都懂，我想做它應(yīng)該不會(huì)有什么問(wèn)題吧。都有先入為主的觀念所以其他的題目看都沒看就定下了課題，可是后來(lái)在做的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)這個(gè)課題并不是最適合我的，我遇到了太多無(wú)從下手的問(wèn)題，當(dāng)然我相信沒個(gè)課題都有難點(diǎn)，但是只要我們努力能解決的話，那也是沒有問(wèn)題的?？墒钦n題選好了，我不可能再

16、中途改變方向，所以我硬著頭皮做了下去。4天5夜，聽起來(lái)有點(diǎn)恐怖吧?？墒俏艺娴氖窃诙宋绶偶倌菐滋鞗]日沒夜的弄，可能一個(gè)調(diào)試就會(huì)耗費(fèi)我一天，參數(shù)的設(shè)定是用了一天又一天都沒有改進(jìn)，原理圖也花個(gè)大半個(gè)下午，pcb是學(xué)了很久但最后還是沒有完全正確。論文的書寫等等?？梢哉f(shuō)是做什么就碰到什么問(wèn)題，遇到這些問(wèn)題也想過(guò)放棄吧，真的不會(huì)弄，可是當(dāng)放下之后又想不好吧，還是弄一下，就是這樣弄弄停停，還有借助網(wǎng)上的資料終于有了今天的這份稿子。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)讓我懂得了，理論是如此的重要，沒有理論做指導(dǎo)，就算你的動(dòng)手能力再好，也不可能成功。設(shè)計(jì)這個(gè)詞我算是心領(lǐng)神會(huì)了，沒有縝密的思維和堅(jiān)定的毅力是不可能做好的。對(duì)于一些學(xué)習(xí)軟件應(yīng)該熟悉的掌握，這樣才能提高做事效率。 第一次,可能總有些不完美，但是，我相信因?yàn)橛辛说谝淮我院笞銎饋?lái)就會(huì)得心應(yīng)手。每一次都是成長(zhǎng)。參考文獻(xiàn)1電路設(shè)計(jì)protel 99及仿真 北京，中國(guó)鐵道出版社 曾祥富主編，20002電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第五版，高等教育出版社 康華光編2006 3電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版，高等教育出版社 康華光編20064電路分析第五版 邱關(guān)原主編20055ewb電路仿真 王林根主編 高等教育出版社 2003附錄a 元器件清單表1 信號(hào)發(fā)生器元器件清單元件序號(hào)型