三角波方波發(fā)生器課程設(shè)計

1、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文1電子技術(shù)課程設(shè)計論文電子技術(shù)課程設(shè)計論文 三角波方波發(fā)生三角波方波發(fā)生目錄目錄第一章第一章 緒論緒論 （3 3）第二章第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計計（5 5）2.12.1 設(shè)計要設(shè)計要求求（5 5）2.22.2 方案論證與選方案論證與選擇擇（5 5）第三章第三章 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 （6 6）3.13.1 電路的工作原電路的工作原理理（6 6）3.23.2 電路的安裝測電路的安裝測吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文2試試（9 9）3.33.3 電路參數(shù)的計電路參數(shù)的計算算（1111）3.43.4 元件清元件清單單（1212）3.53.5 仿真與調(diào)仿真與調(diào)

2、試試（1212）第四章第四章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 （1616） 4.14.1 尋找故障的方尋找故障的方法法（1616） 4.24.2 注意事注意事項項（1616）第五章第五章 總結(jié)與展總結(jié)與展望望（1717）附錄：附錄：吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文3原理原理圖圖（1919）參考文參考文獻(xiàn)獻(xiàn)（1919）第一章第一章緒論緒論 信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形信號（如正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等信號） ，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域的發(fā)生器。脈沖信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生

3、器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號來測試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。函數(shù)信

4、號發(fā)生器的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文4（1）用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。（2）可以由晶體管、運(yùn)放 ic 等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)生器 ic 產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器 ic，如 l8038、ba205、xr2207/2209 等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有 300khz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。（3）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。鑒于此，美國美信公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號發(fā)生器

5、 icmax038，它克服了（ 2）中芯片的缺點，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片望塵莫及的。max038 頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器 ic。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計上， max038 都是優(yōu)選的器件。（4）利用專用直接數(shù)字合成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號儀器。按其信號波形分為四大類：正弦信號發(fā)生器。主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按其不同性能和用途還可細(xì)分為低頻（ 20 赫至 10 兆赫）信號發(fā)生器、高頻（ 100 千赫至 300 兆赫）信號發(fā)生器

6、、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器等。 函數(shù)（波形）信號發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。 脈沖信號發(fā)生器。能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號來測試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。 隨機(jī)信號發(fā)生器。通常又分吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文5為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機(jī)信號發(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器主要用途為：在待測系統(tǒng)中引入一個隨機(jī)信號，以模擬實際工作條

7、件中的噪聲而測定系統(tǒng)性能；外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號代替正弦或脈沖信號，以測定系統(tǒng)動態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，會出現(xiàn)統(tǒng)計性誤差，可用偽隨機(jī)信號來解決。第二章第二章 方波三角波發(fā)生器電路設(shè)計方波三角波發(fā)生器電路設(shè)計2.12.1 設(shè)計要求設(shè)計要求（1）根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實驗室條件自選方案設(shè)計出原理電路圖，分析工作原理，計算元件參數(shù)。 （2）列出所用元，器件清單報實驗室設(shè)備。 （3）安裝調(diào)試所設(shè)計的電路，使之達(dá)到設(shè)計要求。 （4）記錄實驗結(jié)果。2.22.2 方案論證與選擇方案論證與選擇方案一采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法

8、能實現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。 方案二：采用電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和三角波。其中電壓比較器產(chǎn)生方波，對其輸出波形進(jìn)行一次積分產(chǎn)生三角波。該電路的特點是：1、線性良好，穩(wěn)定性好；2、頻率易調(diào)，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi)，可以方便的連續(xù)的改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變；3、三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文6因此本實驗采用電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和

9、三角波的方案 第三章第三章 硬件設(shè)計硬件設(shè)計3.13.1 電路的工作原理電路的工作原理本次波形發(fā)生器設(shè)計要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎(chǔ)，當(dāng)方波電壓加在積分運(yùn)算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應(yīng)按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。矩形發(fā)生器電路，它由反相輸入的滯回比較器和 rc 電路組成。rc 回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過

10、rc 充，放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。 設(shè)某一時刻輸出電壓 uo=+uz，則同相輸入端電位 up=+ ut。uo通過 r3 對電容 c 正向充電，如圖中實線所示。反相輸入端電位un 隨時間 t 增長而逐漸升高，當(dāng) t 趨近于無窮是，un 趨于+ uz；但是，一旦 un=+ ut，再稍增大，uo 就從+ uz 躍變?yōu)? uz，與此同時 up 從+ ut 躍變?yōu)? ut。隨后，uo 又通過 r3 對電容 c 反向充電，或者說放電。反相輸入端電位完整電路圖 un 隨時間 t 增長而逐漸降低，當(dāng) t 趨近于無窮時，un 趨于- uz；但是，一旦 un=- ut，再稍減小，uo 就從- uz 躍變?yōu)?u

11、z，與此同時 up 從- ut 躍變?yōu)?ut，電容又開始正向充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文7在方波發(fā)生電路中，當(dāng)滯回比較器的閾值電壓數(shù)值比較小時，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。但是，一方面這個三角波的線性度較差，另一方面帶負(fù)載后將使電路的性能產(chǎn)生變化。實際上，只要將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算的輸出就得到三角波電壓。遲滯比較器的工作原理遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號 uin 在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產(chǎn)生相應(yīng)的抖動（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。 圖 1

12、a 給出了一個遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。圖 1b 為遲滯比較器的傳輸特性。 遲滯比較器 圖 1a 傳輸特性 圖 1b不難看出，當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過 u 之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。但隨之而來的是分辨率降低。因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于u 的兩個輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應(yīng)速度，這是它的一個優(yōu)點。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強(qiáng)，遠(yuǎn)比電路中的寄生耦合強(qiáng)得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。如果需要將一個跳變點固定在某一個參考電壓值上，可在正反饋吉林工程技術(shù)師范學(xué)院

13、課程設(shè)計論文8電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦?，便可實現(xiàn)上述要求。圖 2 為其原理圖。 集成 2.3.2 元件 ua741 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 方波 三角波信號發(fā)生器原理圖吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文93.23.2 路的安裝與測試路的安裝與測試接好全部連線后，應(yīng)對照電路圖仔細(xì)復(fù)查一遍。檢查晶體管或集成塊的引腳是否插對，是否有漏線和錯線，然后用萬用表的“10”檔檢查電源與地線之間的電阻值，排除電源與地線之間的開路或短路現(xiàn)象。1 集成電路的安裝 為防止集成電路芯片受損，在插入和拔出芯片時要非常細(xì)心。插入時應(yīng)使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引腳均對準(zhǔn)插座板上的小孔，均勻

14、用力按下；拔出時，必須用專用拔鉗，夾住集成塊兩端，垂直向上拔起，或用小起子對撬，以免使其引腳因受力不勻而彎曲或斷裂。2 正確合理布線 21 導(dǎo)線的選擇 一般應(yīng)選用直徑為 0508mm 的單股導(dǎo)線，長度適中，兩端絕緣皮剝?nèi)?510mm，并剪成 45角。22 正確合理布線 在電子電路中，由于布線錯誤而引起的故障占有很大比例。為避免或減少故障，要求布線合理和準(zhǔn)確。 (1) 元器件和連線要排列整齊，一般按電路順序直線排列，輸入與輸出線要遠(yuǎn)離。在高頻電路中，導(dǎo)線不要平行，以防止寄生耦合引起電路自激。元器件插腳和連線要盡量短而直，以防止分布參數(shù)影響電路性能。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文10 (2) 布

15、線時要注意在器件周圍走線，不允許導(dǎo)線在集成塊上方跨過，以免妨礙排除故障或調(diào)換器件。 (3) 為使布線整潔和便于檢查，電路中不同功能的導(dǎo)線應(yīng)盡量采用不同的顏色，如電源線用紅色，接地線用黑色等等。 (4) 布線的順序是先布電源線和地線，再布固定使用的規(guī)劃線(如固定接地線或接高電平、或接時鐘脈沖的連線等)，最后再逐級連接控制線及各種邏輯線。必要時可以邊接線邊測試，逐級進(jìn)行。走線應(yīng)盡可能少遮蓋其它插孔，以免影響其它導(dǎo)線的插入。3 電路調(diào)試和故障的檢查與排除 31 認(rèn)真仔細(xì)復(fù)查 接好全部連線后，應(yīng)對照電路圖仔細(xì)復(fù)查一遍。檢查晶體管或集成塊的引腳是否插對，是否有漏線和錯線，然后用萬用表的“10”檔檢查電源

16、與地線之間的電阻值，排除電源與地線之間的開路或短路現(xiàn)象。32 通電檢查 (1)直接觀察：上述檢查無誤后給電路通電，然后用手觸模元器件，檢查有無異常發(fā)熱現(xiàn)象、有無異味等。 (2)測量參數(shù)：用萬用表測量電路的電源 ucc和地兩腳之間的電壓，測量晶體管的工作點是否符合要求等。 (3)采用動態(tài)逐級跟蹤法：在電路輸入端加人一個有規(guī)律的信號，按信號流程用示波器依次檢查各級波形，看是否有故障直至找到為止。對于脈沖數(shù)字電路，還可用發(fā)光二極管來逐級顯示其輸入、輸出脈沖信號。 (4)采用替換法：不改變電路的接線，通過更換一些元器件來發(fā)現(xiàn)故障。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文11(5)消除電路存在的不良影響：注意消

17、除 ttl 電路存在電源電流尖峰的影響，防止集成電路產(chǎn)生誤觸發(fā)(可加濾波電容)等。(6)電路工作頻率較高時，應(yīng)采取如下措施： 減小電源內(nèi)阻，擴(kuò)大地線面積或采用接地板，使電源線與地線夾在相鄰的輸入線和輸出線之間，起屏蔽作用。 各輸入、輸出線，交、直流引線不能混雜，并盡量使輸入、輸出線遠(yuǎn)離時鐘脈沖線。 縮短引線長度。 (7)調(diào)試大型綜合電子電路，可按功能將其劃分為幾個獨立的子單元，逐一布線進(jìn)行調(diào)試，然后將各單元連接起來統(tǒng)調(diào)，這樣成功的把握性更大3.33.3 電路參數(shù)的計算電路參數(shù)的計算遲滯比較器的輸出 vo 與輸入 vi 不成線性關(guān)系，輸出電壓的轉(zhuǎn)換臨界條件是門限電壓 vp（同相輸入端的電壓）vn

18、（反相輸入端的電壓）=vi（參考基準(zhǔn)電壓）vp=vn=（r1vref）/（r1+r2）+（r2vo）/（r1+r2） （公式-1）根據(jù)輸出電壓 vo 的不同值（voh 或 vol）可以分別求出上門限電壓 vt+和下門限電壓 vt-分別為：vt+=1+（r1/r2）vref-（r1/r2）vol vt-=1+（r1/r2）vref-（r1/r2）voh 那么門限寬度為：vt=（r1/r2）（voh-vol） 方波周期、頻率計算：t=2rcln（1+2r1/r2） f=1/t 幅值： zurrru21/1吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文123.43.4 元件清單元件清單 雙路直流穩(wěn)壓電源 2 臺l

19、ed 多功能示波器 1 臺數(shù)字萬用表 1 只運(yùn)算放大器 lm741 2 片雙穩(wěn)壓二級管 2 只電阻 若干只電容 10uf 1 只發(fā)光二極管 2 只導(dǎo)線 若干只面包板，鑷子，鉗子 3.53.5 仿真與調(diào)試仿真與調(diào)試按照原理圖,在 ewb 中做好電路圖。仔細(xì)檢查電路圖是否有錯誤。在確定沒有錯誤的情況下,將 ewb 中的仿真器材示波器拖出來,將示波器接到輸出方波和三角波的端口 vo1 和 vo2。將電路調(diào)到運(yùn)行狀態(tài)。觀察示波器中輸出的波形。調(diào)整示波器的 x和 y 增益,比較波形的失真情況 完成實物圖，然后使用雙蹤示波器測量驗證，觀察輸出波形、幅值、頻率參數(shù)是否符合要求，并記錄數(shù)據(jù)吉林工程技術(shù)師范學(xué)院

20、課程設(shè)計論文13仿真調(diào)試輸出波形圖 3.4.1 方波 vo1 輸出波形吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文14圖 3.4.2 三角波 vo2 輸出波形uz-uzuth-utht0圖 3.4.3 輸入為三角波時滯回電壓比較器的輸出波形吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文15uz-uzuth-uthtuo1uo20圖 3.4.4 方波三角波發(fā)生器的輸出波形經(jīng)過多次調(diào)試后，會出現(xiàn)完整的波形圖經(jīng)過分析知道,方波的波形開始時有少量失真,隨著電路的逐漸穩(wěn)定,失真基本上完全消除。并且方波輸出的幅值為 14。2v,基本上符合設(shè)計要求三角波的波形只有少量失真,其他符合要求由于所有信號產(chǎn)生的頻率都與方波和三角波產(chǎn)生模塊所

21、設(shè)置的頻率一致，故所有產(chǎn)生的波信的頻率都可以有所保證。此電路設(shè)計，符合設(shè)計要求。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文16第四章第四章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計4.1 尋找故障的方法尋找故障的方法在一般情況下，尋找故障的常規(guī)做法是： 先用直接觀察法，排除明顯的故障。例如，有一些元器件沒有插牢，還有一些導(dǎo)線之間有短路的現(xiàn)象。 再用萬用表（或示波器）檢查靜態(tài)工作點。 信號尋跡法是對各種電路普遍適用而且簡單直觀的方法，在動態(tài)調(diào)試中廣為應(yīng)用。 應(yīng)當(dāng)指出，對于反饋環(huán)內(nèi)的故障診斷是比較困難的，在這個閉環(huán)回路中，只要有一個元器件（或功能塊）出故障，則往往整個回路中處處都存在故障現(xiàn)象。尋找故障的方法是先把反饋回路斷開，使系

22、統(tǒng)成為一個開環(huán)系統(tǒng)，然后再接入一適當(dāng)?shù)妮斎胄盘枺眯盘枌ほE法逐一尋找發(fā)生故障的元、器件（或功能塊） 。4.2 注意事項注意事項1接線前用數(shù)字多用表測量電阻、電容參數(shù)，并作好記錄。2觀察振蕩波形時，注意兩個輸出電壓的相位關(guān)系。3. 運(yùn)算放大器的電源線、地線切勿接錯，否則容易損壞集成片。4運(yùn)算放大器lm324/ lm348 的封裝圖與技術(shù)參數(shù)請預(yù)習(xí)有關(guān)附錄吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計論文17第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望本學(xué)期我們開設(shè)了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課，這門學(xué)科屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有聯(lián)系，是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。 ”學(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知

23、，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期電路分析學(xué)完之際，緊接著來一次電子電路課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認(rèn)識，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。老師說實踐的目的不僅僅是要學(xué)會如何去連一個電路，更主要的是要我們學(xué)會如何自己動手解決生活中出現(xiàn)的問題，這樣我們才能在以后的生活中根據(jù)實際問題去想出解決的方法，而且，電路的設(shè)計不僅要合理，簡便，也需要美觀整潔。連的每一條線都不能有多余的部分，而且線條要明朗，要整齊，不能彎曲。這對我們這些初次接觸這些東西的人來說，是一件并不簡單的事。通過平時上課學(xué)到的有關(guān)集成電路的一些知識運(yùn)用和有關(guān)書籍的查找我們經(jīng)過研究和探討后把電路設(shè)計出來?？墒请娐冯m然比較好接，誰知道后面的卻是困難重重?。∥覀冎挥昧藘蓚€小時就把電路做完了，大家都看到了希望，覺得我們離成功進(jìn)了，可是誰知道第一次調(diào)試的時候會出現(xiàn)這么多問題，看到大家的電路連的那么美觀，而且那么準(zhǔn)確，很多組很快就調(diào)試完成了，而我們四個卻只是在那想究竟差什么呢？我們怎么就還不成功呢？一組組的同學(xué)都成功了，他們臉上充滿了笑容，甚至有的組開始嘗試新的連接方式，而我們還是發(fā)光二