模電課程設(shè)計說明書正弦波發(fā)生器

1、 課程設(shè)計說明書 正弦波發(fā)生器 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.1一、課程設(shè)計的目的(1)電子技術(shù)基礎(chǔ)2-1課程設(shè)計是學(xué)習(xí)理論課程之后的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過解決比較簡單的實際問題鞏固和加深在電子技術(shù)基礎(chǔ)2-1（模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)）課程中所學(xué)的理論知識和實驗技能。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，在教師指導(dǎo)下完成查找資料，選擇、論證方案，設(shè)計電路，安裝調(diào)試，分析結(jié)果，撰寫報告等工作。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。 (2)進(jìn)行基本技能的訓(xùn)練，對計算

2、、制圖、運(yùn)用設(shè)計資料（如手冊、圖冊、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等）以及進(jìn)行經(jīng)驗估算等機(jī)械設(shè)計方面的基本技能得到一次綜合訓(xùn)練，提高技能水平。 掌握橋式rc正弦波振蕩器的電路構(gòu)成及工作原理。 熟悉正弦波振蕩器的調(diào)整、測試方法。 (3)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計基本技能的訓(xùn)練：例如計算、繪圖、查閱資料和手冊、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計和繪圖的訓(xùn)練。 培養(yǎng)運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法解決工程問題的能力。學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計的一般方法、步驟，掌握機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律。 通過課程設(shè)計實踐，樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計課程和其他先修課程的理論與生產(chǎn)實際知識來分析和解決機(jī)械設(shè)計問題的能力。 使理論和實際結(jié)合起來，使這些知識得到進(jìn)一步鞏固

3、、加深和拓展 , 培養(yǎng)運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法解決工程問題的能力。 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.21. 設(shè)計方案論證11 概述：正弦波發(fā)生電路的用途： 正弦波發(fā)生電路常常作為信號源被廣泛應(yīng)用于無線電通信以及自動測量和自動 控制等系統(tǒng)中。電子技術(shù)實驗中經(jīng)常使用的低頻信號發(fā)生器就是一種正弦波振蕩電路。大功率正弦波振蕩電路還可以直接為工業(yè)生產(chǎn)提供能源，例如高頻加熱爐的高頻電源。此外，如超聲波探傷、無線電和廣播電視信號的發(fā)送和接收等，都離不開正弦波振蕩電路。：正弦波發(fā)生電路的特點： 利用自激振蕩現(xiàn)象，產(chǎn)生高頻和低頻的正弦波信號。正弦波振蕩電路具有以下四個組成部分：1 放大電路：放大自激信號2 反饋網(wǎng)

4、絡(luò)：引起正反饋，滿足相位條件3 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使電路從起振過度到穩(wěn)定振蕩：常用的實現(xiàn)方式： 實現(xiàn)電路產(chǎn)生正弦波振蕩時，可首先利用瞬時極性法判斷電路是否滿足相位平 衡條件。如果在滿足相位平衡條件的某一特定頻率f0下，能同時滿足幅度平衡條件，則電路能夠產(chǎn)生正弦波振蕩。而且，該特定頻率f0即是rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路的振蕩頻率f0=1/2rc，并由幅度平衡條件可以得到起振條件為|a|3，已知同比例 運(yùn)算電路輸出電壓之間的比例系數(shù)為1+rf/r,為了達(dá)到1+rf/r3負(fù)反饋支路的參數(shù)應(yīng)該滿足rf2r。 當(dāng)電路接成正反饋時，產(chǎn)生正弦波振蕩的條件為：af=1；當(dāng)電路

5、接成負(fù)反饋時，產(chǎn)生自激振蕩的條件為：af=1。 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.3 12 設(shè)計方案選擇由于正反饋和負(fù)反饋產(chǎn)生自激振蕩的差別的根本原因在于兩種情況下反饋的極性不同。在放大電路中，為了改善性能，引入的是負(fù)反饋，而在振蕩電路中的目的是要產(chǎn)生正弦波振蕩，因此將rc選頻網(wǎng)絡(luò)反饋接成正反饋。而在電路中又由rf、rw及r4引入了一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋，其作用是可以提高電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且進(jìn)一步提高提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻，從而減小了放大電路對rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響，提高了振蕩電路的帶負(fù)載能力。同時，改變電阻rf或r3阻值大小可以調(diào)節(jié)深度負(fù)反饋

6、的深度。因此可利用瞬時極性法判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩。并將反饋接成正反饋，此時，產(chǎn)生振蕩的條件是uf=ui，即af=1。 利用multisim 畫出不帶參數(shù)的原理圖圖1 rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路波原理圖 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.41.4 選定元件列表1 rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路無參元件列表名 稱標(biāo) 號參數(shù)（型號）數(shù) 量電 阻r11個r21個r31個 rf1個rw1個電 容c1、c22個集成運(yùn)放a1個穩(wěn)壓管d11個d21個1.3 設(shè)計方案論證 圖中的電路中由rf、rw及r3引入了一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋，不僅可以提高電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且進(jìn)一步提高提高放大電路的

7、輸入電阻，降低輸出電阻，從而減小了放大電路對rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響，提高了振蕩電路的帶負(fù)載能力。同時，改變電阻rf或r3阻值大小可以調(diào)節(jié)深度負(fù)反饋的深度。其中集成運(yùn)放a作為放大電路，rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是選頻網(wǎng)絡(luò)，而且，當(dāng)f=f0時，它是一個 接成正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)。另外，r和rw及r3支路引入一個負(fù)反饋。rc橋式振蕩電路由rc串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相放大電路組成，如原理圖所示。圖中rc選頻網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，并由它決定振蕩頻率f，r,和rw及r3形成負(fù)反饋回路，由他們決定起振的幅值條件和調(diào)節(jié)波形的失真程度與穩(wěn)幅控制。 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.52. 單元電路設(shè)計2.1 rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電路

8、 (圖2 )rc橋式振蕩電路所產(chǎn)生的振蕩頻率f0可由電阻r和電容c確定，f=為了使選頻網(wǎng)路的選頻特性盡量不受集成運(yùn)算放大器的輸入電阻ri和輸出電阻r0的影響，電阻r滿足下列關(guān)系式：rirr一般集成運(yùn)算放大器的輸入電阻ri約為幾百千歐以上，而輸出電阻r僅為幾百歐以下。根據(jù)rc橋式振蕩電路的起振的振幅條件，電阻，r r和rw應(yīng)由式af=1+3確定，因此得rf2r通常取rf=(2.1-2.5)r這樣既能保證起振也不能使波形嚴(yán)重失真。此外，為了減小輸入失調(diào)電流和漂移的影響，電路還應(yīng)該滿足直流平衡條件，即：r=r/r 電路中穩(wěn)幅環(huán)節(jié)由兩只正反向并聯(lián)的二極管d1，d2和電阻rw并聯(lián)組成，利用二級管正向動態(tài)

9、電阻的非線性以實現(xiàn)穩(wěn)幅，為了減小因二極管特性的非線性而引起的波形失真，在二極管兩端并聯(lián)小電阻rw，這是一種最簡單易行的穩(wěn)幅電路。在選取穩(wěn)幅元件時，穩(wěn)幅二極管d1，d2應(yīng)選用特性一致的硅管。r的取值不能過大（過大對削弱波形失真不利），也不能過?。ㄟ^小穩(wěn)幅效果差），通常r?。?7）k即可。 圖2 rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.63. 原理圖3.1 完整的原理圖(見圖3) 用multisim軟件繪制的仿真原理圖 圖3 rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路波原理圖 3.2單元設(shè)計電路元件列表：（表二） 表二：名 稱標(biāo) 號參數(shù)（型號）數(shù) 量電 阻r11個r21個rf1個r1個集成運(yùn)放a

10、1個電容c1，c22個 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.7 3.3 元件選擇計算過程 設(shè) r= r+rw 由電路的振蕩頻率f=1014hz振蕩的幅度平衡條件為|af|1，已知當(dāng)f=f0 時，|f|=1/3，由此求得振蕩電路的起振條件為|au|3，已知同比例運(yùn)算電路輸出電壓與輸入電壓之間的比例系數(shù)為：1+,為了達(dá)到1+3，負(fù)反饋支路的參數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系 r2r4 即：|au|=1+=1+13/5=3.63 、負(fù)反饋系數(shù)f=0.33 3.4 選定元件列表 表3 元件列表元 件 名 稱標(biāo)號參數(shù)型號數(shù) 量說明集成運(yùn)算放大器ualm324n1放大信號電 阻r1、r23.5k1rf、 rw及 r3構(gòu)成電

11、壓串聯(lián)負(fù)反饋r35krf、10krw3k1調(diào)節(jié)電容充放電時間穩(wěn) 壓 管d1、d21n5233b限制輸出電壓電 容c10.04uf1個與r3和r2構(gòu)成反饋回路c20.04uf1個 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.84. 仿真分析方案4.1 仿真分析原理圖4.2 仿真分析方案 采用mutisim7.0對正弦波發(fā)生器的輸出正弦波進(jìn)行仿真，當(dāng)滑動變阻器的阻值輸入為60%時，|af|1，已知當(dāng)f=f0 時，|f|=1/3，由此求得振蕩電路的起振條件為|au|3，已知同比例運(yùn)算電路輸出電壓與輸入電壓之間的比例系數(shù)為：1+,為了達(dá)到1+3，負(fù)反饋支路的參數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系 r2r4 即：|au|=1+=1+

12、13/5=3.63 、負(fù)反饋系數(shù)f=0.33根據(jù)rc橋式振蕩電路的起振的振幅條件，電阻，r r和rw應(yīng)由式af=1+3確定，因此得rf2r通常取rf=(2.1-2.5)r這樣既能保證起振也不能使波形嚴(yán)重失真。 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.95. 仿真結(jié)果與分析5.1 正常的仿真結(jié)果（波形、數(shù)值） 5.2 失真仿真結(jié)果（波形、數(shù)值） 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.10 5.3 誤差分析1. 由于地球或外界電磁場干擾使試驗器件參數(shù)有所差異導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。2. 實驗過程數(shù)據(jù)測量時估讀數(shù)據(jù)時所產(chǎn)生的誤差。3. 由于室溫不同導(dǎo)致二極管等期間的參數(shù)值不一致。最終使實驗數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)不相

13、同，存在誤差。6. 設(shè)計體會 經(jīng)過一周的課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)自己能制rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路，這其中的興奮是無法用言語表達(dá)的。 學(xué)習(xí)模電這段時間也是我們一學(xué)期最忙的日子，不僅面臨著期末考試，而且中間還有一些其他科目的實驗，任務(wù)對我們來說，顯得很重。昨天剛考完復(fù)變，為了盡快完成模電的課程設(shè)計，我一天也沒歇息。相關(guān)知識缺乏給學(xué)習(xí)它帶來很大困難，為了盡快掌握它的用法，我照著原理圖學(xué)習(xí)視頻一步一步做，終于知道了如何操作。 剛開始我借來了應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)但離實際應(yīng)用差距較大，有些器件很難找到，后來到網(wǎng)上搜索了一下相關(guān)內(nèi)容，并且詢問了班上的好的同學(xué)一些關(guān)于元器件的參數(shù)情況。為下步實物連接打好基礎(chǔ)。 在做電

14、路仿真時，我畫好了電路原理圖，修改好參數(shù)后,無論我怎樣修改都不行，后來請教同學(xué)，他們也遇到了同樣的困惑。任何事情都不可能是一帆風(fēng)順的，后來是沒有差錯但出來的仿真波形不是預(yù)計中的，這確實很難修改。我們一組的幾個同學(xué)一起研究一起查閱資料最后終于摸清了原理，做出了完美的仿真圖。 雖然最終實物做出來了，但這并不是我一個人做出來的。通過這次課程設(shè)計，我明白了一個團(tuán)隊精神的重要性，因為從頭到尾，都是大家集體出主意，來解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終敲定，到波形的仿真，到元器件的選擇與購買，到最后實物的焊接與調(diào)試，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因為大家配合得默契，每項工作都完成得很棒，銜接得很好，才使我們很快的完成了任務(wù)。 盡管現(xiàn)在只是初步學(xué)會了rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路設(shè)計，離真正掌握還有一定距離，但學(xué)習(xí)的這段日子確實令我收益匪淺，不僅因為它發(fā)生在特別的時間，更重要的是我又多掌握了一門新的技術(shù)，收獲總是令人快樂，不是嗎？ 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.117. 參考文獻(xiàn)：1 張維廉.