模拟电子技术基础课程设计报告 湘潭大学讲解Word格式文档下载.docx
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2011年5月9日
信号发生器
一、设计目的
1、进一步掌握模拟电子技术的理论知识,培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力。
2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法,提高电子电路的设计和实验能力。
3、学会运用Multisim10仿真软件对所作出的理论设计进行仿真测试,并能进一步完善设计。
4、掌握常用元器件的识别和测试,熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法。
二、设计内容与要求
1、设计、组装、调试函数信号发生器
2、输出波形:
正弦波、三角波、方波
3、频率范围:
10Hz-10KHz范围内可调
4、输出电压:
方波VPP<
20V,三角波VPP=6V,正弦波VPP>
1V
三、设计方案仿真结果
1、方波—三角波—正弦波电路
原理图:
设计思路:
设计电路主要由比较器、积分器、差分放大器三大主要模块电路构成。
经比较器产生方波,再经过积分器产生三角波,而后由积分器输出信号反馈给比较器,比较器和积分器组成正反馈闭合电路,使其能够完成自激震荡,分别输出方波和三角波。
再经过级间耦合电容接入差分放大器,使其再对三角波进行整形变换,最后输出标准正弦波。
由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
方波—三角波—正弦波产生电路:
由反相输入的滞回比较器和RC电路组成的电路中,RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充、放电实现输出状态的自动转换,从而实现方波的输出。
若a点断开,运算发大器A1与R1、R2及R3组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器的翻转。
运放的反相端接基准电压,即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。
对于正弦波输出电路,其中Rw3调节三角波的幅度,Rw4调整电路的对称性,其并联电阻Re2用来减小差分放大器的线性区。
电容C2,C3,C4为隔直电容,C5为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。
仿真波形:
2、各电路产生原理分析
(1)方波电路
电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+Ut。
Uo通过Rf对电容C正向充电。
反相输入端电位Un随时间t的增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,Un趋于+Uz;
但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。
随后,Uo又通过Rf对电容C反向充电,Un随时间逐渐增长而减低,当t趋于无穷大时,Un趋于-Uz;
但是,一旦Un=-Ut,再减小,Uo就从-Uz跃变为+Uz,Up从-Ut跃变为+Ut,电容又开始正相充电。
上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。
(2)三角波电路
三角波的产生是由积分电路实现的,积分电路将方波转换成三角波。
积分电路的原理图如下:
由于集成运放的反相输入端“虚地”,故
;
又由于“虚断”,运放反相输入端的电流为零,则
,故
由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为:
由于输入的是方波,所以Ui的值为两个状态,当Ui>0时,
输出波形以
的斜率上升,当Ui<0时,输出波形以
的斜率下降。
上升和下降的斜率相等所以波形对称,形成三角波。
(3)正弦波电路
特别是作为直流放大器,可以有效的抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
其中Rw3调节三角波的幅度,Rw4调整电路的对称性,其并联电阻Re2用来减小差分放大器的线性区。
3、电路的参数选择及计算
(1)方波-三角波中电容C1变化(关键性变化之一)
实物连线中,我们一开始很长时间出不来波形,后来将C2从10uf(理论时可出来波形)换成0.1uf时,顺利得出波形。
实际上,分析一下便知当C2=10uf时,频率很低,不容易在实际电路中实现。
(2)三角波-正弦波部分
比较器A1与积分器A2的元件计算如下。
取R2=4KΩ,则取R3=10KΩ,平衡电阻R1=5.1KΩ
当10Hz≤f≤10KHz时,取
以实现频率波段的转换,R4及RP2的取值不变。
取平衡电阻
。
三角波—>
正弦波变换电路的参数选择原则是:
隔直电容C2、C3、C4要取得较大,因为输出频率很低,取C2=C3=C4=470μF,滤波电容C5视输出的波形而定,若含高次斜波成分较多,C5可取得较小,C5一般为几十皮法至0.1微法。
Re2=100Ω与Rw4=100Ω相并联,以减小差分放大器的线性区。
差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线,调整Rw4及电阻R确定。
四、安装调试步骤
1、焊接总电路图:
电路用到的元件:
741集成运放、电位器、电容、电解电容、三极管、电阻、若干导线
2、集成运放741的引脚接线示意图:
3、焊接电路板注意事项:
a.元件没有错焊、漏焊。
b.元器件摆放端正,焊接点圆滑。
c.工艺布局美观。
d.焊接牢固。
4、实验过程中相关数据表格
(1)万用表检查记录表
+
-
⊥
U1
U2
R1
R2
√
7
4
2
3
5.07K
9.88K
3、6
10.2K
6
4.98K
1.5K
(2)三角波发生电路
频率范围
幅值
500HZ-4KHZ
8V
(3)差动放大电路
VC1
VC2
Ve1
Ve2
8.15V
8.18V
-0.58V
Ui3正弦信号1K、0.5Vp-pUo3=8.0(Vp-p)
五、总结收获体会
近一周的课程设计实验中,让我感触颇深。
在设计、焊接过程中我对抽象的理论有了具体的认识;
掌握了常用元件的识别和测试;
熟悉了常用的仪器仪表;
了解了电路的连接、焊接方法;
以及如何提高电路的性能等等。
当然,所有的收获都是在不断的失败中得到的。
在实验过程中,我遇到了不少的问题。
比如:
波形失真,甚至不出波形这样的问题。
我通过查阅资料,更深一步了解电路设计的原理及电路中每一元件的具体作用,一一尝试调节电路元件及元件参数,把问题一一解决。
实验中暴露出我在理论学习中所存在的问题,有些理论知识还处于懵懂状态,经过多次验证终于理解了。
还有就是在电路焊接实践中,由于心急,本来不会出问题的地方也会出现焊错的现象,从而造成电路短路,直至经过多番测试之后检查了出来,才使得电路顺利输出波形。
所以,在焊接电路之前一定要先设计好整个电路板的布局,再布置元件,最后焊接。
这样既不会出现焊好再拆的情况,也不会使得最后PCB板不够用。
另外,好多同学被电烙铁烫伤了,或者有些女生头发被烧,这不得不让我想起安全问题,所以在以后的实验中我们应该注意安全,尽量使自己的装束方便于实验,同时,一定要细心,让不必要的伤害减至最少。
通过对此课程的设计,我认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与客观性。
我不但了解了以前不了解的理论知识,而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识,明白了学以致用的真谛。
更明白了“学而不思则罔,思而不学则殆”这句古语所阐述的深刻哲理。
这次课程设计教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的动手能力。
虽然这次只是一个小小的开始,一个小小的设计,但是却是我的前车之鉴,以后发展的基础,相信自己会有更大的收获与成长!
六.仪器仪表清单
设计所用仪器及器件
1.直流稳压电源1台
2.双踪示波器1台
3.万用表1只
4.运放7412片
5.电位器5011只
10K2只(实验台代)
6.电容1041只
7.电解电容47UF 1只
8.电阻5.1K2只
10K3只
5103只
1K1只
6.8K2只
9.三极管90132只
10.剪刀 1把
11.电线若干
12.电烙铁1根
七、参考文献
1、电子技术基础--模拟部分(第五版)康华光
高等教育出版社
2、模拟电子技术基础设计仿真编程与实践李万臣(主编)哈尔滨工程大学出版社
3、模拟电子电路分析、设计与仿真劳五一劳佳(主编)
清华大学出版社