《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告-函數(shù)發(fā)生器函數(shù)模報(bào)告函數(shù)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)課 程發(fā)生器報(bào)告函數(shù)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： XXX 專業(yè)班級(jí)： 通信0901班 指導(dǎo)教師：XXXXXX 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) 初始條件： 示波器，萬(wàn)用表，直流穩(wěn)壓源，毫伏表要求完成的主要任務(wù): 1頻率可調(diào)范圍：10Hz10kHz2.輸出電壓：正弦波VPP=03V, 三角波VPP=05V, 方波VPP=015V3.輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)4.方波上升時(shí)間小于2微秒，三角波線性失真小于1%，正弦波失真度小于3%時(shí)間安排：第17周7、8節(jié)：理論講解第18周：理論設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試；地點(diǎn)：鑒主15通信工程實(shí)驗(yàn)室1，鑒主13通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室；第19周：撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告及辯論；地點(diǎn)：鑒主17樓研究

2、室。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任或責(zé)任教師簽名： 年 月 日目 錄摘要(4)Abstract(5)1 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案及原理框圖6 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案 6 原理框圖62設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)72.1 課程設(shè)計(jì)的目的72.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求72.3 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)73函數(shù)發(fā)生器元件選擇84 各組成局部的工作原理及實(shí)現(xiàn)功能94.1 方波發(fā)生電路的工作原理94.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理104.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 13 154.5 總電路圖165電路的安裝與調(diào)試 175.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試 175.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試175

3、.3 總電路的安裝與調(diào)試175.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法176 實(shí)驗(yàn)總結(jié)187 參考文獻(xiàn)(19)摘 要 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(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。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。通過(guò)對(duì)函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。其電路中使用的器件可以是分立器件如低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器S101全部采用晶體管，也可以是集成電路如單片集成電路函數(shù)發(fā)生器ICL8038。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波

4、變換成三角波；也可以先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波。本設(shè)計(jì)中依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波，利用施密特觸發(fā)器原理組成多諧振蕩器方波方波，將方波積分產(chǎn)生三角波。該電路能實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波的幅值、頻率可調(diào)，方波頻率、占空比可調(diào)。Abstract Function Generator is able to generate a variety of waveforms, such as the triangle wave, sawtooth, rectangular wave (including square), sine wave circuit. Function generator ex

5、periments and equipment testing at the circuit has a very wide range of uses. Through the principle of the function waveform generator and the composition analysis, can be designed to be able to change out of a triangular wave, sine wave, square wave function waveform generator. The circuit used in

6、the device can be discrete devices (such as the low-frequency signal generator S101 function used in all transistors), it can be integrated circuits (such as the monolithic integrated circuit function generator ICL8038). Generate sine, square, triangle wave a variety of programs, such as created in

7、the first sine wave, and then shaping circuit will transform into a square wave sine wave, square wave by the integral circuit will be transformed into the triangle wave; also be created in the first square - - triangular wave, and then transform into a triangular-wave sine wave. The design of relyi

8、ng on self-oscillating sine wave generated using the principle of the composition of the Schmitt trigger multivibrator square wave square wave triangle wave will produce square points. The circuit can achieve sine wave, triangle wave amplitude, frequency adjustable, square-wave frequency, duty cycle

9、 adjustable.方案及原理框圖函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案 本方案設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器主要產(chǎn)生三種波，即正弦波、方波、三角波。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?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，其原理方框圖如下：由比擬器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比擬器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大

10、器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。1.2原理框圖 2課程設(shè)計(jì)的目的和設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求指標(biāo)2.1 設(shè)計(jì)目的1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法2掌握模擬IC器件的應(yīng)用3掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試4熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的根本方法5培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力 設(shè)計(jì)方波三角波正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器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 ：10 Hz10 ；4輸出電壓：正弦波Vpp=03V，三角波Vpp=05V，方波Vpp=015V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。3函數(shù)發(fā)生器元件選擇

11、設(shè)計(jì)所用儀器及器件1直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)2雙蹤示波器 1臺(tái)3萬(wàn) 用 表 1只4運(yùn) 放741 2片5電位器50K 2只 100K 1只 100 1只6電 容470F 3只 10F 1只 1F 1只F 2只F 1只7三極管9013 4只8面包板 1塊9剪刀把10儀器探頭線 2根11電 源 線 4根4各組成局部的工作原理及實(shí)現(xiàn)功能4.1 方波發(fā)生電路的工作原理此電路由反相輸入的滯回比擬器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,那么同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，如圖中實(shí)線箭頭所示。反相輸入

12、端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。4.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 方波三角波產(chǎn)生電路UT=(R2Uo2m)(R3+Rp1) T=4R2(R4+Rp2)C1(R3+Rp1)工作原理如下：假設(shè)a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)算發(fā)

13、大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比擬器，C1為加速電容，可加速比擬器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比擬器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee|+Vcc|=|-Vee|, 當(dāng)比擬器的U+=U-=0時(shí)，比擬器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,那么 將上式整理，得比擬器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 假設(shè)Uo1=-Vee,那么比擬器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 比擬器的門限寬度由以上公式可得比擬器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。a點(diǎn)斷

14、開(kāi)后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，那么積分器的輸出Uo2為時(shí)，時(shí)，可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下列圖所示。a點(diǎn)閉合，既比擬器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，那么自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為由以上兩式可以得到以下結(jié)論：電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。假設(shè)要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方

15、波-三角波的頻率。4.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析說(shuō)明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為式中Um三角波的幅度；T三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見(jiàn)：傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)

16、。圖為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中Rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp2調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來(lái)減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。三角波正弦波變換電路4.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算1.方波-三角波中電容C1變化關(guān)鍵性變化之一實(shí)物連線中，我們一開(kāi)始很長(zhǎng)時(shí)間出不來(lái)波形，后來(lái)將C2從10uf理論時(shí)可出來(lái)波形換成0.1uf時(shí)，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。角波-正弦波局部比擬器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下。由式3-61得即取 ，那么，取 ，RP1為47K的電位器。區(qū)平衡

17、電阻由式3-62即當(dāng)時(shí)，取，那么，取，為100K電位器。當(dāng)時(shí) ，取以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原那么是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，假設(shè)含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。4.5 總電路圖先通過(guò)比擬器產(chǎn)生方波，再通過(guò)積分器產(chǎn)生三角波，最后通過(guò)差分放大器形成正弦波。5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試三角波產(chǎn)生電路1.

18、 把兩塊741集成塊插入面包板，注意布局；2. 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；3. 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。三角波產(chǎn)生電路1. 接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；2. 調(diào)節(jié)RP1，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；3. 調(diào)節(jié)RP2，微調(diào)波形的頻率；4. 觀察示波器，各指標(biāo)到達(dá)要求后進(jìn)行下一部按裝。5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試正弦波變換電路1. 在面包板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線；2. 搭生成直流源電路，注意R*的阻值選?。?. 接入各電容及電位器，注意C6的選取；4. 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。正弦波變換電路1. 接入直流源后，

19、把C4接地，利用萬(wàn)用表測(cè)試差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；2. 測(cè)試V1、V2的電容值，當(dāng)不相等時(shí)調(diào)節(jié)RP4使其相等；3. 測(cè)試V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；4. 在C4端接入信號(hào)源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記入其最大不失真電壓；5.3 總電路的安裝與調(diào)試1. 把兩局部的電路接好，進(jìn)行整體測(cè)試、觀察2. 針對(duì)各階段出現(xiàn)的問(wèn)題，逐各排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。5.4調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決的方法方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的,在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào)由于

20、比擬器A1與積分器A2組成正反應(yīng)閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K,RP2K內(nèi)的任一值,否那么電路可能會(huì)不起振。只要電路接線正確，上電后，UO1的輸出為方波，UO2的輸出為三角波，微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求有，調(diào)節(jié)RP2，那么輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。2三角波-正弦波變換電路的裝調(diào)按照?qǐng)D375所示電路，裝調(diào)三角波正弦波變換電路，其中差分發(fā)大電路可利用課題三設(shè)計(jì)完成的電路。電路的 調(diào)試步驟如下。1經(jīng)電容C4輸入差摸信號(hào)電壓Uid=50v，F(xiàn)i =

21、100Hz正弦波。調(diào)節(jié)Rp4及電阻R*,是傳輸特性曲線對(duì)稱。在逐漸增大Uid。直到傳輸特性曲線形狀入圖373所示，記 下次時(shí)對(duì)應(yīng)的 Uid即Uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左段接地，測(cè)量差份放大器的 靜態(tài)工作點(diǎn)I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.(2) Rp3與C4連接，調(diào)節(jié)Rp3使三角波俄 輸出幅度經(jīng)Rp3等于Uidm值，這時(shí)Uo3的 輸出波形應(yīng) 接近 正弦波，調(diào)節(jié)C6大小可改善輸出波形。如果Uo3的 波形出現(xiàn)如圖376所示的 幾種正弦波失真，那么應(yīng)調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生是真的 原因及采取的措施有；1鐘形失真 如圖a所示，傳輸特性曲線的 線性區(qū)太寬，應(yīng)減小Re2。2半波圓定或平頂失真 如圖b所示，傳輸特性曲線對(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*.3非線性失真 如圖C所示，三角波傳輸特性區(qū)線性度 差引起的失真，主要是受到運(yùn)放的影響。可在輸出端加濾波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。3性能指標(biāo)測(cè)量與誤差分析 1放波輸出電壓Upp?=2Vcc是