模擬電子電路課程設(shè)計(jì)正弦波三角波方波函數(shù)發(fā)生器

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：工作單位：題目：正弦波－三角波－方波函數(shù)發(fā)生器初始條件： 具有模擬電子電路的理論知識(shí)；具有模擬電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；具有模擬電路的基本調(diào)試手段；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。規(guī)定完畢的重要任務(wù)：（涉及課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)規(guī)定，以及說(shuō)明書(shū)撰寫等具體規(guī)定）1、頻率范圍三段：10～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz；2、正弦波Uopp≈3V，三角波Uopp≈5V，方波Uopp≈14V；3、幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真??；4、安裝調(diào)試并完畢符合學(xué)校規(guī)定的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)時(shí)間安排：一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師署名：年月日 系主任（或責(zé)任教師）署名：年月日目錄1.綜述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.1信號(hào)發(fā)生器概論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.2Multisim簡(jiǎn)介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.3集成運(yùn)放lm324簡(jiǎn)介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.方案設(shè)計(jì)與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.1方案一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.2方案二．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.3方案三．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.單元電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63.1正弦波發(fā)生電路的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63.2正弦波變換成方波的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.3方波變換成三角波的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93.4正負(fù)12V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104.電路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．124.1總波形發(fā)生電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．124.2正弦波仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134.3方波仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．144.2三角波仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．145.實(shí)物制作與調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．155.1焊接過(guò)程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．155.2實(shí)物圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．155.3調(diào)試波形．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．186.數(shù)據(jù)記錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．197.課設(shè)總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．208.參考書(shū)目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．219.附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)估表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24綜述1.1信號(hào)發(fā)生器概論在人們結(jié)識(shí)自然、改造自然的過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，因而如何根據(jù)被測(cè)量電子信號(hào)的不同特性和測(cè)量規(guī)定，靈活、快速的選用不同特性的信號(hào)源成了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)值得進(jìn)一步研究的課題。信號(hào)源重要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感愛(ài)好的參數(shù)。可見(jiàn)信號(hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試解決中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的規(guī)定，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供應(yīng)被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，可以給被測(cè)電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號(hào)。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡(jiǎn)樸方便。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101所有采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)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(lái)表達(dá)?？梢援a(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(hào)發(fā)生器。它用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)。在測(cè)試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測(cè)定電路的一些電參量，如測(cè)量頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都規(guī)定提供符合所定技術(shù)條件的電信號(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)規(guī)定進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測(cè)量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和反復(fù)周期已知的矩形脈沖源。并且規(guī)定信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。信號(hào)源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、矩形脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。正弦信號(hào)是使用最廣泛的測(cè)試信號(hào)。

現(xiàn)在,我們通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出正弦波、方波、三角波的簡(jiǎn)易發(fā)生器。眾所周知，制作函數(shù)發(fā)生器的電路有很多種。本次設(shè)計(jì)先通過(guò)RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，這是一種頻率可調(diào)的移相式正弦波發(fā)生器電路，其頻率穩(wěn)定一般為實(shí)驗(yàn)所擬定，然后可以通過(guò)改變電容值來(lái)改變?cè)偻ㄟ^(guò)電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過(guò)積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號(hào)。它的制作成本不高，路簡(jiǎn)樸，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源。信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。該函數(shù)發(fā)生器規(guī)定能輸出頻率范圍可調(diào)的正弦波、方波和三角波，可以很好的實(shí)現(xiàn)本次實(shí)驗(yàn)的目的,將一些線性和非線性的元件與集成運(yùn)放組合,輸出性能良好的波形.由正弦波、方波或三角波的發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，通過(guò)互相轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)多種波形的輸出。正弦波可以由RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生，之后通過(guò)過(guò)零比較器可產(chǎn)生方波，再積分可得三角波。通過(guò)調(diào)節(jié)RC振蕩電路中的振蕩電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)。通過(guò)調(diào)節(jié)比例運(yùn)算電路的反饋電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)，最終做成規(guī)定的函數(shù)發(fā)生器。1.2Multisim簡(jiǎn)介

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，合用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

1.2.1multisim

10概述:

通過(guò)直觀的電路圖捕獲環(huán)境,輕松設(shè)計(jì)電路。通過(guò)交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為。借助高級(jí)電路分析,理解基本設(shè)計(jì)特性。通過(guò)一個(gè)工具鏈,無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試。通過(guò)改善、整合設(shè)計(jì)流程,減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間。1.2.2直觀的捕獲和功能強(qiáng)大的仿真：

NI

Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕獲和功能強(qiáng)大的仿真，可以快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI

Multisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并運(yùn)用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI

LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而可以比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。NIMultisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。NIMultisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)發(fā)明出真正屬于自己的儀表。1.3集成運(yùn)放lm324簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍涉及負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表達(dá)，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表達(dá)運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表達(dá)運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。圖1.3lm324引腳連接圖LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有也許和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域涉及傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。關(guān)鍵詞：正弦波方波三角波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器multisim2.方案設(shè)計(jì)與論證2.1方案一圖2.1方案一本方案先產(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，電路框圖如圖2.1。用遲滯比較器與反相積分器首尾相串聯(lián)構(gòu)成方波-三角波產(chǎn)生電路，然后，采用差分放大器，作為三角波—正弦波變換電路運(yùn)用差分對(duì)管的飽和與截止特性進(jìn)行變換，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時(shí)，可以有效地克制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是運(yùn)用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。此電路的輸出頻率就是方波-三角波產(chǎn)生電路的頻率，將正弦波用比較器進(jìn)行比較產(chǎn)生方波，調(diào)節(jié)比較電位，使得方波的占空比可以改變。但在實(shí)際操作中難以調(diào)試出正弦波，因素是差分電路難以達(dá)成絕對(duì)的對(duì)稱。故未采用此方案。2.2方案二圖2.2方案二本方案中正弦波與三角波的產(chǎn)生與方案二相同，用遲滯比較器與反相積分器首尾相串聯(lián)構(gòu)成方波-三角波產(chǎn)生電路，但三角波到正弦波的變換電路采用的是有源RC二階低通選頻電路，電路框圖如圖2.2。此電路結(jié)構(gòu)、思緒簡(jiǎn)樸，運(yùn)營(yíng)時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)規(guī)定，但是由于有源RC二階低通濾波電路中的電容是與輸出端相接，相稱于形成一正反饋，若正反饋過(guò)大，也許引起濾波器自激，故未予采用。2.3方案三正弦波方波三角波積分電路過(guò)零比較器RC正弦波振蕩電路積分電路過(guò)零比較器RC正弦波振蕩電路圖2.3方案三RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波—方波—三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，電路框圖如圖2.3。先通過(guò)RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過(guò)電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過(guò)積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號(hào)。正弦波振蕩電路是一種自己振蕩電路，其實(shí)質(zhì)是放大器引正反饋的結(jié)果。由放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)組成。它沒(méi)有輸入信號(hào)，而是通過(guò)電路中的噪聲通過(guò)選頻產(chǎn)生。該方案思緒清楚，產(chǎn)品易制作，本次實(shí)驗(yàn)課設(shè)我們采用該方案。3.單元電路設(shè)計(jì)3.1正弦波發(fā)生電路的工作原理3.1.1產(chǎn)生正弦振蕩的條件:正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反饋，并發(fā)明條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時(shí)它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般涉及：放大電路；反饋網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路個(gè)部分。3.1.2正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：(1)放大電路：保證電路可以有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，電路獲得一定幅值的輸出值，實(shí)現(xiàn)自由控制。(2)選頻網(wǎng)絡(luò)：擬定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。(3)正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號(hào)等于其反饋信號(hào)。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。3.1.3判斷電路是否振蕩的方法：(1)是否滿足相位條件，即電路是否正反饋，只有滿足相位條件才可產(chǎn)生振蕩。(2)放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無(wú)放大能力，靜態(tài)工作是否合適；(3)是否滿足幅度條件。3.1.3正弦波振蕩電路檢查：(1)則不也許振蕩；(2)振蕩，但輸出波形明顯失真；(3)產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小。3.1.3分類：按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類型，把正先振蕩電路分為：RC正弦波振蕩電路；LC正弦波振蕩電路；石英晶體正弦波振蕩電路。3.1.4RC正弦波振蕩電路：常見(jiàn)的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。圖3.1RC橋式正弦波振蕩電路RC橋式正弦波振蕩電路的構(gòu)成如圖所示。當(dāng)時(shí)，RC選頻網(wǎng)絡(luò)的相移為零，這樣RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)送到運(yùn)算放大器同向輸入端的信號(hào)電壓Vi與輸出電壓Vo同相，所以RC反饋網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，滿足相位平衡條件。為使在震蕩建立期間信號(hào)做增幅震蕩，應(yīng)選擇R1和R2可使Af≥3，保證。因此它的起振條件為：；它的振蕩頻率為：。它重要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為：。此外，石英振蕩器的特點(diǎn)是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場(chǎng)合。RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠?jī)蓚€(gè)并聯(lián)的二極管組成的，當(dāng)輸出信號(hào)較小時(shí)，二極管工作電流小，動(dòng)態(tài)電阻大，電路的增益較大，引起增幅震蕩過(guò)程。當(dāng)輸出幅度達(dá)成一定限度，二極管工作電流大，動(dòng)態(tài)電阻小，電路的增益下降，電路的輸出電壓幅值將不再上升，從而使輸出電壓穩(wěn)定，以此來(lái)達(dá)成穩(wěn)幅的目的。3.2正弦波變換成方波的工作原理3.2.1電壓比較器的功能電壓比較器是用來(lái)比較兩個(gè)電壓大小的電路，它的輸入信號(hào)是模擬電壓，輸出信號(hào)一般是只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。運(yùn)用電壓比較器可將各周期性信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波。3.2.2過(guò)零比較器參考電壓為零的比較器稱為過(guò)零比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相輸入兩種過(guò)零比較器，通常用閾值電壓和傳輸特性來(lái)描述比較器的工作特性。閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的輸入電壓值，簡(jiǎn)稱為閾值，用符號(hào)UTH表達(dá)。圖3.2.1過(guò)零比較器本電路中該電路的作用是將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，其傳輸特性曲線如下圖所示：圖3.2.2傳輸特性曲線3.3方波變換成三角波的工作原理方波通過(guò)積分器就變成了三角波。但是此電路規(guī)定前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。圖3.3.1積分電路原理Vo-Vi為積分關(guān)系，負(fù)號(hào)表達(dá)輸入和輸出信號(hào)相位相反。當(dāng)Vi為定值時(shí)，電容將恒流充電，輸出電壓為：當(dāng)積分器輸入信號(hào)為方波時(shí)，其輸出信號(hào)為三角波，電路波形圖如下：圖3.3.2三角波發(fā)生器工作波形圖3.3.2積分電路仿真圖3.4正負(fù)12V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要通過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才干完畢。3.4.1設(shè)計(jì)原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖所示：圖3.4.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)框圖及波形3.4.2各部分作用1、電源變壓器T：作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。2、整流電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。3、濾波電路：經(jīng)整流后的直流輸出電壓脈動(dòng)性很大，不能直接使用，為減少其交流成分，常在整流電路后接濾波電路。濾波電路的重要任務(wù)是將整流后的單向脈動(dòng)直流電壓中的紋波濾除掉，使其輸出平滑的直流電壓，這里我們采用接入濾波電容來(lái)組成濾波電路。4、穩(wěn)壓電路：常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。兩者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是運(yùn)用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來(lái)達(dá)成穩(wěn)定輸出電壓的目的。3.4.3具體電路設(shè)計(jì)在整流電路中我們采用全波整流橋，該電路的整流效果和輸出電壓波形為單項(xiàng)半波整流的兩倍，在穩(wěn)壓電路中采用CW7812和CW7912型號(hào)的這兩個(gè)集成穩(wěn)壓器芯片組成的具有同時(shí)輸出固定的+12V、-12V電壓的穩(wěn)壓電路。該電路對(duì)稱性好，溫度特性也近似一致。圖3.4.2直流穩(wěn)壓電源電路圖3.4.4穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法

穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，涉及允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定限度，涉及穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。4.電路仿真4.1總波形發(fā)生電路圖4.1正弦波－方波－三角波函數(shù)發(fā)生器該電路分為三部分，第一部分為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是運(yùn)用RC振蕩產(chǎn)生特定頻率的正弦波；第二部分為過(guò)零電壓比較器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為積分電路，其功能為運(yùn)用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波；此外，在積分電路之前設(shè)立一個(gè)電壓跟隨器，起到隔離作用，使過(guò)零電壓比較器電路與積分電路不互相影響。擬定電路元器件參數(shù)：穩(wěn)壓管的作用是限制和擬定方波的幅度，因此方波正負(fù)半周的對(duì)稱性與穩(wěn)壓管性能有關(guān)。因此選用穩(wěn)壓管時(shí)，要選擇性能好一些的兩個(gè)管性能對(duì)稱的穩(wěn)壓管，最佳選用雙向穩(wěn)壓管；R3是穩(wěn)壓管的限流電阻，阻值根據(jù)穩(wěn)壓管的電路擬定；Rp1和Rp2給比較器提供門限電平，他們可以決定三角波的幅值.因此Rp1和R2的值應(yīng)根據(jù)三角波的幅值決定。一般為了使三角波的幅值可調(diào)，常用電位器作為Rp1、Rp2和電容C的值決定三角波的頻率f。一般是Rp1和R2的值擬定后，可以先擬定電容C的值，然后由f。=R2/（4Rp2Rp1C）來(lái)擬定R4的值.Rp2若采用電位器，則三角波頻率可調(diào)。為了減小積分漂移，電容C的值盡量取大些，但是C值越大漏電也越大，因此一般C不超過(guò)1uF；集成運(yùn)放的選擇用于比較器的運(yùn)放規(guī)定速度應(yīng)當(dāng)高些。通過(guò)改變反饋網(wǎng)絡(luò)中的變阻RP3的阻值可以改變正弦波的輸出波形的幅值；之后方波的輸出波形也隨之?dāng)M定；通過(guò)改變變阻RP4的阻值可以改變?nèi)遣ǖ妮敵霾ㄐ蔚姆怠?.2正弦波仿真在變阻RP1、RP2比例分別為50%，RP3比例為25%，示波器輸出的波形如下圖所示。圖4.2正弦波仿真視圖由圖可知T1的時(shí)間為1.315s，通道A為-1.660V。T2的時(shí)間為1.338s，通道A為1.658V。由此可知仿真出的正弦波的幅值為：1.660V；峰-峰值為：3.318V；周期為46.154ms。4.3方波仿真圖4.3方波仿真視圖由圖可知T1的時(shí)間為736.976ms，通道A為-6.834V。T2的時(shí)間為760.908ms，通道A為6.812V。由此可知仿真出的正弦波的幅值為：6.812V；峰-峰值為：13.646V；周期為47.864ms。4.4三角波仿真圖4.4三角波仿真視圖由圖可知T1的時(shí)間為5.516s，通道A為-2.554V。T2的時(shí)間為5.180s，通道A為2.513V。由此可知仿真出的正弦波的幅值約為：2.554V；峰-峰值為：5.067V；周期為24.786ms。5.實(shí)物制作與調(diào)試5.1焊接過(guò)程1、在排版排線時(shí)注意疏密得體，各線方向最佳一致，各個(gè)焊點(diǎn)之間獨(dú)立，以免導(dǎo)致線路短路。2、焊接電路時(shí)，注意焊接完畢后，將烙鐵頭放回原位并關(guān)掉電源，避免導(dǎo)致旁人不經(jīng)意受傷。3、電路焊接完畢后，在示波器上沒(méi)能顯示出波形。尋找電路焊接的錯(cuò)誤，然后對(duì)電路進(jìn)行修改，最終在示波器上顯示出設(shè)計(jì)規(guī)定的波形。4、調(diào)試時(shí)，積分電路中的三角波底部出現(xiàn)失真。在積分電路上并聯(lián)一個(gè)100K微調(diào)電阻和一個(gè)0.1uF電容，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻。最后得以實(shí)現(xiàn)三角波。5、設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意與成員協(xié)調(diào)合作，分工有序，否則會(huì)導(dǎo)致不必要的錯(cuò)誤，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗。6、焊接芯片時(shí)，注意正負(fù)極以及各引腳的排序，避免焊接時(shí)電路連接錯(cuò)誤，導(dǎo)致波形不能顯示。5.2實(shí)物圖總體外觀：圖5.2.1總體外觀拍攝圖信號(hào)發(fā)生器正面：圖5.2.2信號(hào)發(fā)生器正面拍攝圖信號(hào)發(fā)生器背面：圖5.2.3信號(hào)發(fā)生器背面拍攝圖直流穩(wěn)壓電源正面：圖5.2.4直流穩(wěn)壓電源正面拍攝圖直流穩(wěn)壓電源背面：圖5.2.5直流穩(wěn)壓電源背面拍攝圖5.3調(diào)試波形5.3.1正弦波圖5.3.1正弦波調(diào)試實(shí)際調(diào)試中輸出的正弦波波形如上圖所示。其中Vmax=1.64V；Vmin=-1.64V；峰-峰值為3.28V。5.3.2方波圖5.3.2方波調(diào)試實(shí)際調(diào)試中輸出的方波波形如上圖所示。其中Vmax=7.00V；Vmin=-10.2V；峰-峰值為17.2V。5.3.3三角波圖5.3.3三角波調(diào)試實(shí)際調(diào)試中輸出的三角波波形如上圖所示。其中Vmax=10.0V；Vmin=4.96V；峰-峰值為5.04V。6.數(shù)據(jù)記錄1.正弦波正弦波測(cè)試結(jié)果：輸出電壓3.28V，頻率10HZ-8.2KHZ可調(diào)；2.方波方波測(cè)試結(jié)果：輸出電壓17.2V，頻率25HZ-7.8KHZ可調(diào)；3.三角波三角波測(cè)試結(jié)果：輸出電壓5.04V，頻率10HZ-8.0KHZ可調(diào)；4.電源電源測(cè)試結(jié)果：正極輸出+12.01V，負(fù)極輸出-11.96V。7.課設(shè)總結(jié)：我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種設(shè)計(jì)？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)用到實(shí)踐中去呢？這次的模電課程設(shè)計(jì)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。在這次難得的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我鍛煉了自己的思考能力和動(dòng)手能力。通過(guò)題目構(gòu)思和設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，加強(qiáng)了我思考問(wèn)題的完整性和實(shí)際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計(jì)選擇和芯片的選擇上，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用的能力,對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能也有了進(jìn)一步的結(jié)識(shí)。還鍛煉我們個(gè)人的查閱技術(shù)資料的能力，動(dòng)手能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。并且我們純熟掌握了有關(guān)器件的性能及測(cè)試方法。在電路的選擇與仿真過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)從剛開(kāi)始的Multisim到現(xiàn)在的Protel，不管是學(xué)習(xí)哪種軟件，都給我留下了很深的印象。由于之前軟件仿真方面接觸的不多，開(kāi)始著手的時(shí)候覺(jué)得很費(fèi)力，但慢慢的摸索出來(lái)，到后來(lái)就好多了。在每次的課程設(shè)計(jì)中,碰到問(wèn)題，最佳的辦法就是問(wèn)別人，由于每個(gè)人掌握情況不同樣，不也許做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)樸。這一點(diǎn)我深有體會(huì)，在很多時(shí)候，我碰到的困難或許別人之前就已碰到，向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想要來(lái)得快捷。最后的調(diào)試部分也不是易事，由于理論計(jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀測(cè)效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)成最佳。通過(guò)本次對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的辨認(rèn)和測(cè)試；熟悉了常用的儀器儀表；進(jìn)一步了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能。進(jìn)一步使我鞏固了有關(guān)正弦波信號(hào)產(chǎn)生電路與直流穩(wěn)壓電源相關(guān)方面的知識(shí)，明白了實(shí)踐出真知的真諦。同時(shí)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己此后的學(xué)習(xí)和工作鋪展了道路。此外，課堂上也有部分知識(shí)不太清楚，于是我又不得不邊學(xué)邊用，時(shí)刻鞏固所學(xué)知識(shí)，這也是我作本次課程設(shè)計(jì)的一大收獲。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程也是對(duì)我們的團(tuán)隊(duì)精神進(jìn)行了考察，讓我們?cè)诤献髌饋?lái)更加默契，