模擬電子正弦波發(fā)生器課程設計

1、課 程 設 計 任 務 書專 業(yè)保密班 級保密姓 名保密設 計 起 止 日 期2015.7.62015.7.10設計題目： 正弦波發(fā)生器設計任務（主要技術參數(shù)）：設計一個正弦波發(fā)生電路，主要技術參數(shù)：頻率：1000Hz；幅度：。選擇電路，要求設計放大電路、反饋電路、選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的結構，計算元件參數(shù)。指導教師評語：成績： . 簽字：年 月 日課程設計說明書 NO11 課程設計的目的電子技術基礎課程設計是學習理論課程之后的實踐教學環(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基礎課程中所學的理論知識和實驗技能。訓練學生綜合運用學過的電子技術基礎知識，在教師指導下完成查找資料，選

2、擇、論證方案，設計電路并仿真，分析結果，撰寫報告等工作。使學生初步掌握電子電路設計的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學生分析、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學習、畢業(yè)設計和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎。2 設計方案論證2.1設計思路正弦波發(fā)生電路采用RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，電路結構如圖1所示，圖中R1=R2=R,C1=C2=C，RF為變阻器，其最大阻值為RFmax。該電路由兩部分組成，即放大電路A 和選頻網絡F。A為由集成運放所組成的電壓串聯(lián)負反饋放大電路，取其輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點。而F則由Z1、Z2組成，她們對放大電路形成正反饋，并具有選頻作用。圖1中Z1、Z2

3、和RF、R0正好形成一個四臂電橋，電橋由放大電路的輸出電壓U0供電，另外兩個對角頂點分別接到放大電路的同相和反相輸入端，故RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路又稱橋式正弦波振蕩電路。圖1 RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路2.1.1 RC串并聯(lián)選頻網絡圖1虛線框所表示的RC串并聯(lián)選頻網絡具有選頻作用 課程設計說明書 NO2Z1=R+1jC Z2=R/1jC=R1+jRC選頻網絡的輸入電壓為U0，輸出電壓為Uf，則F=UfU0=Z2Z1+Z2=R/1jCR+1jC+R/1jC整理可得F=13+j(RC-1RC)令0=1RC，代入上式，得F=13+j(0-0)于是有F=132+(0-0)2F=-arctan13(0

4、-0)根據(jù)以上兩個式子畫出的幅頻特性和相頻特性如圖2所示（a）幅頻特性 （b）相頻特性圖2 RC串并聯(lián)網絡的頻率特性 課程設計說明書 NO由圖2可以看出，當=0=1RC或者f=f0=12RC時，幅頻相應的幅值最大，即Fmax=13而相頻響應的相位角為零，即F=0°所以，只有頻率為=0=1RC的信號被選通，且Uf的幅值最大，是U0的幅值的13，同時Uf和U0同相位，呈純阻性。而對于其它頻率信號F迅速衰減，說明RC串并聯(lián)網絡確實具有選頻特性。2.1.2 RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路分析如圖1所示RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，在a點斷開，并加入輸入信號Ui，因為放大電路為同相比例運算電路，輸出

5、電壓與輸入電壓是同相位，即A=0°；而RC串并聯(lián)網絡作為正反饋網絡和選頻網絡，當滿足=0時，有F=13，且F=0°。由此可見，當=0時，有A+F=0°，電路滿足自激振蕩的相位條件。若放大倍數(shù)的電壓放大倍數(shù)Au=3，則有AF=1，此時電路又滿足自激振蕩的幅值條件。因此，該振蕩電路對頻率為0的信號可以產生自激振蕩，輸出頻率為0的正弦信號，且：0=1RC為使上述電路能夠起振，在振蕩電路未工作時應滿足起振條件AF>1，應該使放 課程設計說明書 NO大電路的電壓放大倍數(shù)Au>3，為此應合理地選擇電阻RF。由于放大電路為同相比例運算電路，則Au=1+RFR03RF

6、2R0 但是如果RF選擇過大，又會使振蕩電路輸出波形失真。由圖1可以看出電阻RF和R0在電路中引入了電壓串聯(lián)負反饋，負反饋系數(shù)為F=R0R0+RF改變RF和R0阻值的大小可以調節(jié)負反饋深度。RF越小，負反饋深度越深，放大電路的電壓放大倍數(shù)越小，如果不能滿足Au>3，則振蕩電路不能起振；反之，RF越大，負反饋越弱，電壓放大倍數(shù)越大，如果輸出波形的幅度太大，會使輸出波形產生明顯失真。因此，應通過調整RF和R0的阻值，使振蕩電路產生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波。2.2參數(shù)計算本設計中，頻率f=1000Hz，由以上分析可知f=12RC即RC=12f=12×3.14×1000=1

7、.59×10-4在本設計中，為了方便，可取R=15.9k， C=0.01F2.3元件選擇根據(jù)上述計算，可選擇以下元件作為本設計的實驗元件R1=R2=R=15.9k，C1=C2=C=0.01F 課程設計說明書 NO其它的元件可根據(jù)需要選擇如下R0=18k，RFmax=50k，頻率計，失真儀，萬用表，示波器，集成運算電路。3 電路的仿真3.1 NI Multisim 10 軟件簡介NI Multisim 10是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本。目前美國NI公司的EWB的包含有電路仿真設計的模塊Multisim、PCB設計

8、軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設計模塊Commsim 4個部分，能完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個部分相互獨立，可以分別使用。 Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個部分有增強專業(yè)版、專業(yè)版、個人版（Personal）、教育版、學生版和演示版等多個版本，各版本的功能和價格有著明顯的差異。NI Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NI Multis

9、im 10是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。NI Multisim 10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產廠商的產品使用手冊中查到，因此也很方便的在工程設計中使用。NI Multisim 10可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀

10、態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。3.2 NI Multisim 10 軟件的使用在利用NI Multisim 10軟件進行電路仿真時，可按照下面的步驟依次進行：從放置菜單選擇元器件或者從工具欄上選擇元器件；放置好元器件之后，連線，鼠標指針停留在元件管腳上單擊就可以將導線引出來了，到要連接到的管腳再次單擊就可以將導線畫好；畫好導線之后，選擇萬用表或者示波器等儀器儀表連接到適當?shù)奈恢茫?課程設計說明書 NO選擇合適的數(shù)值對各個元件賦值點擊運行就可以仿真了，單擊按鈕，進行設置和觀察仿真結果。3.3 電路的仿真在完成以上操作之后，就可以對電路進行仿真了，本設計中，由以上計算可知當RF2R0 時電路才會起振，

11、即RF72%RFmax 電路才會起振。為此在仿真時可使RF的阻值在72%附近變化。完成以上操作之后，在仿真軟件上可以看到如圖3這樣的電路圖：圖3 NI Multisim 10仿真電路圖4 仿真結果及誤差分析4.1仿真結果點擊運行仿真按鈕開始仿真，先將變阻器的阻值調的略微高一點，使電路起振，然后將變阻器阻值比例調至72%，可得到以下實驗數(shù)據(jù):萬用表讀數(shù)：7.064V頻率計讀數(shù)：1.001kHz失真儀讀數(shù)：0.124%詳細結果如圖4、圖5、圖6、圖7。 課程設計說明書 NO7圖4 萬用表讀數(shù)圖5 頻率計讀數(shù)圖6 失真儀讀數(shù) 課程設計說明書 NO8圖7 示波器示波結果圖4.2誤差分析在仿真模擬的過程

12、中，變阻器每變化1%，其阻值變化500，其存在的誤差也非常大；萬用表有內阻，也會存在誤差；是一個無理數(shù)，在本設計中是按照3.14來計算的，這也對實驗造成了誤差。5 設計心得與體會在這次電子技術的課程設計中，我學習到了一款新的軟件Multisim10,經過查閱我知道了Multisim在電子行業(yè)的CAD軟件中，他排在眾多EDA軟件的前面，它具有原理圖設計、印刷電路板（PCB）、設計層次原理圖設計、報表制作、電路仿真以 課程設計說明書 NO9及邏輯器件設計等功能，是進行電子設計最有用的軟件之一。幾乎所有的電子公司都要用到它。Multisim軟件，我被它強大的功能所吸引，在不斷探討和摸索后，慢慢熟悉了這款軟件如何操作，通過這次電子技術設計，我在多方面都有所提高。如通過這次電路與計算機仿真設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和將電路應用到計算機的仿真自己的親自操作，能簡單制作出相應的PCB軟件。在電子技術設計過程中遇到了很多沒有想到的錯誤及疑惑，經過檢查分析錯誤及和同學一起交流，逐漸學會并掌握了有關電路設計的思想，懂得了如何在設計過程中調試和修改不合理的設計部分。在電子技術設計過程中遇到了很多沒有想到的錯誤及疑惑，經過檢查分析錯誤及和同學一起交流，逐漸學會并掌握了有關電路設計的思想，懂得了如何在設計過程中調試和修改不合理的設計部分。6 參考文獻1林紅·周新霞·