模電課程教學(xué)設(shè)計簡單函數(shù)信號發(fā)生器

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告簡易函數(shù)信號發(fā)生器姓 名: 李* 馬 R班 級:*學(xué) 號：*日 期: 2016.12.2簡易信號發(fā)生器設(shè)計摘要：函數(shù)信號發(fā)生器是一種能能夠產(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(shí)驗(yàn)和設(shè) 備檢測中具有十分廣泛的用途?，F(xiàn)在我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構(gòu)成 設(shè)計一個能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。我們通過對電路的分析， 參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。 在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng) 濟(jì)、最方便、最優(yōu)化的設(shè)計策略。按照設(shè)計的方案選擇具體的原件，焊接出具體 的實(shí)物圖，并在實(shí)驗(yàn)室對

2、焊接好的實(shí)物圖進(jìn)行調(diào)試，觀察效果并與課題要求的性 能指標(biāo)作對比。最后分析出現(xiàn)誤差的原因以及影響因素。關(guān)鍵字：方案確定、參數(shù)計算、調(diào)試、誤差分析。一.設(shè)計目的：設(shè)計構(gòu)成正弦波、三角波、方波函數(shù)信號發(fā)生器二.函數(shù)發(fā)生器總方案：函數(shù)發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方 波及鋸齒波、階梯波等 電壓波形的電路或儀器。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，使用的器件可以是分立器件（如低頻信號函數(shù)發(fā)生器 S101S101 全部采用晶體管），也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊 80388038）。為進(jìn)一步掌握電路的 基本理 論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大

3、器與 RCRC 振蕩電路的方 式形成正弦波一方波一三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。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，然后通過比較器，整形電路將正弦波變 換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波一方波，再 將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生正弦波一方波 三角波，再調(diào)整方波的占空比進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生鋸齒波的電路設(shè)計方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：由比較器和積分器組成方波一三角波產(chǎn)轉(zhuǎn)換電路， 比較器輸出的方波經(jīng)積分 器得到三角波，三角波到鋸齒波的變換電路主要由調(diào)節(jié)占空比來完成。三.設(shè)計任務(wù)與實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際任務(wù)：所選為題目2:函數(shù)信號

4、發(fā)生器輸出正弦波、占空比可調(diào)的矩形波（含方波）、鋸齒波（含三角波）實(shí)驗(yàn)原理：（一）RC振蕩電路- 正弦波發(fā)生電路正復(fù)波戀蕩電路必須耳備兩個條件是： 泌換引入反慌， 而H反饋信號咚詭代橋箱入信 號.這樣才能件不輸入侑號的情況下自發(fā)產(chǎn)生正弦波需蕩.：是要有外加的選頻網(wǎng)絡(luò).用于 確宦慮蕩頻率。因此爲(wèi)蕩電路由四部分電路糾誡：4 放大電路.2、選頻網(wǎng)絡(luò)，3“ UWiM絡(luò)，4、林福壞節(jié)。實(shí)際電賂中多用LC諧掘電路戒是耽串井聯(lián)電路（兩者均起到帶通濾波 選頻作用）用作正反饋來爼戰(zhàn)壽蕩屯賂。菸蕩條件如K：I- 1 *本實(shí)驗(yàn)電路常稱為文氏電橋玉蕩電路，由/?砂和盡組成電壓串聯(lián)賃反饋，使集成運(yùn)放工作干線性放大1 1

5、心形戍同相比例運(yùn)養(yǎng)電賂，由RCRC串并麻網(wǎng)皓作為止反債冋路兼選頻網(wǎng)絡(luò)。氣氣S：嚴(yán)嚴(yán)J=C時”有(pf. CitCt (-) = ff) f%時,3他ca起振條件，槌進(jìn)時A A = = 3 3二0,此時取百稍3，便滿足人=1亠-, 片=0。 當(dāng)工（二）滯回比較器正弦波一矩形波轉(zhuǎn)換電路OUTPUT滯回比較器特性如圖，實(shí)驗(yàn)中希望通過改變UT閾值改變比較器對于正弦波的運(yùn)算過程，進(jìn)而改變矩形波的占空比。因此我們在滯回比較器的接地端接入一個電壓可調(diào)電壓源，反饋支路加入了一個可（二）滯回比較器正弦波一矩形波轉(zhuǎn)換電路調(diào)電阻的電位器，進(jìn)而達(dá)到可調(diào)同名端電位的目的。實(shí)際電路圖設(shè)計如下:(三)積分電路一一矩形波一鋸

6、齒波轉(zhuǎn)換電路積分電路定義輸出信號與輸入信號的積分成正比的電路，稱為積分電路。積分電路原理從圖中可以看出，Uo=Uc=(1/C) Jicdt,因Ui=UR+Uo,當(dāng)t=to時，Uc=Oo.隨后C充電，由于RCTk,充電很慢，所以認(rèn)為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)彳cdt=(1/RC) Jicdt這就是輸出Uo正比于輸入Ui的積分(/icdt)RC電路的積分條件：ROTk電路結(jié)構(gòu)如圖J-1，積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn) 換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的沖放電原理，這里就不詳細(xì)說了，這里 要提的是電路的時間常數(shù)R*C,構(gòu)成積分電路的條

7、件是電路的時間常數(shù)必須要大于或等 于10倍于輸入波形的寬度。積分電路特點(diǎn)1：積分電路可以使輸入方波轉(zhuǎn)換成三角波或者斜波2:積分電路電阻串聯(lián)在主電路中，電容在干路中3:積分電路的時間常數(shù)t要大于或者等于10倍輸入脈沖寬度4:積分電路輸入和輸出成積分關(guān)系積分電路的設(shè)計方法與步驟 積分電路的設(shè)計可按以下幾個步驟進(jìn)行:1選擇電路形式積分電路的形式可以根據(jù)實(shí)際要求來確定。若要進(jìn)行兩個信號的求和積分運(yùn)算，應(yīng)選擇求和積分電路。若只要求對某個信號進(jìn)行一般的波形變換，可選用基本積分電路?；痉e分 電路如圖1所示：2確定時間常數(shù)T=RCT的大小決定了積分速度的快慢。由于運(yùn)算放大器的最大輸出電壓Uomax為有限值（

8、通常Uomax=10V左右），因此，若T的值太小，則還未達(dá)到預(yù)定的積分時間t之前,運(yùn)放已經(jīng)飽和，輸出電壓波形會嚴(yán)重失真。所以T的值必須滿足：T 當(dāng)ui為階躍信號時，T的值必須滿足:n = stn磁宙=TJm因此，當(dāng)輸入信號為正弦波時，T的值不僅受運(yùn)算放大器最大輸出電壓的限制，而且與輸入信號的頻率有關(guān)，對于一定幅度的正弦信號，頻率越低T的值應(yīng)該越大。3選擇電路元件1）當(dāng)時間常數(shù)T=RC確定后，就可以選擇R和C的值，由于反相積分電路的輸入電 阻Ri=R，因此往往希望R的值大一些。在R的值滿足輸入電阻要求的條件下，一般 選擇較大的C值，而且C的值不能大于1口F。2）確定RPRP為靜態(tài)平衡電阻，用來補(bǔ)

9、償偏置電流所產(chǎn)生的失調(diào)，一般取RP=R。3）確定Rf在實(shí)際電路中，通常在積分電容的兩端并聯(lián)一個電阻Rf。Rf是積分漂移泄漏電阻，用來防止積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象。為了減小誤差要求Rf10R。4選擇運(yùn)算放大器為了減小運(yùn)放參數(shù)對積分電路輸出電壓的影響，應(yīng)選擇：輸入失調(diào)參數(shù)（UIO、IIO、IB）小，開環(huán)增益（Au。）和增益帶寬積大，輸入電阻高的集成運(yùn)算放大器。四.電路框圖:yi*. J?* i*5為上iSL& t 2 Kft段*b沁E -fjkjTr五.單元電路的計算在習(xí)題中偶然見到改變UT的值，便設(shè)計了如是電路，通過疊加定理可算得V=U*RV=U*Rp2/(R/(R4+R+Rp2)

10、(+/-)(+/-) U Uz*R*R4/(R/(R4+R+Rp2) )六問題及解決：實(shí)踐表明，一個電子裝置，即使按照設(shè)計的電路參數(shù)進(jìn)行安裝往往也難于達(dá)到預(yù) 期效果。這是因?yàn)槿藗冊谠O(shè)計時，不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問題， 必須 通過安裝后的測試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不足。然后采取措施加以改 進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對從事電子技術(shù)及有 關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說，是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬用表、示波器、 信號發(fā)生器。1 1、調(diào)試前的檢查在電子元器件安裝完畢后，通常不宜急于通電，要形成這種習(xí)慣，先要仔細(xì)檢查。其檢查內(nèi)容包括: * *檢查連線是否正確陽ms片

11、=丨 e 5MSCt殲ci- g#檢查的方法通常有兩種方法：（1 1）按照電路圖檢查安裝的線路。這種方法的特點(diǎn)是根據(jù)電路圖連線，按一定 順序安裝好的線路，這樣比較容易查出哪里有錯誤。（2 2）按照實(shí)際線路來對照原理圖電路進(jìn)行查線。這是一種以元件為中心進(jìn)行查 線的方法。把每個元件引腳的連線一次查清，檢查每個去處在電路圖上是否存在， 這種方法不但可以查出錯線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯，對于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆 1 1”擋，或數(shù)字萬用表“歐姆擋”的蜂鳴器來測量，可直接測量元、器 件引腳，這樣可以同時發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。* *檢查元器件的安裝情況檢查元

12、器件引腳之間有無短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管“ + + ”、“- -”極不要接反。2 2、調(diào)試方法與原則（1 1）通電觀察把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路。 觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無元件發(fā)熱，甚至 冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等； 如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后 才能通電。（2 2）靜態(tài)調(diào)試交流和直流并存是電子電路工作的一個重要組成部分。 一般情況下，直流為交流 服務(wù)，直流是電路工作的基礎(chǔ)。因此，電子電路的調(diào)試有靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試之分。靜態(tài)調(diào)試過程：女口，通過靜態(tài)測試模擬電路的靜態(tài)工作點(diǎn)， 數(shù)字電路和各輸入端 和輸出端的高低電平值及邏輯關(guān)系等， 可以及時發(fā)現(xiàn)已損壞的元器件，判

13、斷電路 工作情況，并及時調(diào)整電路參數(shù)，使電路工作狀態(tài)符合設(shè)計要求。（3 3）動態(tài)調(diào)試調(diào)試的方法是在電路的輸入端接入適當(dāng)頻率和幅值的信號，并循著信號流向來檢 測各有關(guān)點(diǎn)的波形，參數(shù)和性能指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)采取各種方法來排除。通過調(diào) 試，最后檢查功能塊和整機(jī)的各種指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求， 如必要再進(jìn)一步對電 路參數(shù)提出合理的修正。七.電路與實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖八.誤差分析:a.a. 測得輸出電流時接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差b.b. 電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差；c.c. 測得紋波電壓時示波器造成的誤差；d.d. 示波器，萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差九.實(shí)驗(yàn)心得：實(shí)驗(yàn)箱的接觸不良，示波器的故障都是磨練我們心智的一道道門檻，跨過去，就像從