简易信号发生器课程设计.docx

简易信号发生器课程设计.docx

《简易信号发生器课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易信号发生器课程设计.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

简易信号发生器课程设计

《模拟电子技术》课程设计说明书

课程名称：

简易信号发生器设计

系部：

电气与信息工程系

专业：

自动化

班级：

设计人：

学号：

同组成员：

指导老师：

时间：

2010年6月

模拟电子技术课程设计任务书

系：

电气与信息工程系年级：

大二专业：

自动化

指导教师姓名

学生姓名

课题名称

简易函数信号发生器

内

容

及

任

务

一、设计任务和要求

（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；

（2）输出信号的频率要求可调；

（3）拟定测试方案和设计步骤；

（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；

（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；

（6）测量输出信号的幅度和频率；

（7）撰写设计报告。

二、设计内容

设计一个电路能够产生正弦波、方波和三角波等三种波形。

三、技术指标

频率范围：

100Hz~1KHz1KHz~10KHz；

输出电压：

方波VP-P≤24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。

进

度

安

排

起止日期

设计内容

10年5月底

认真理解相关电路知识

10年6月初

设计电路

10年6月中

制作pcb板等

10年6月底

制作文档，调试

主要参考资料

1康华光电子技术基础5版北京：

高等教育出版社2006

2电路设计Protel99及仿真北京中国铁道出版社曾祥富主编2000

3Protel99SE原理图与PCB及仿真清源计算机工作室编著机械工业出版社2004.1

4Multisim电路仿真王林根主编高等教育出版社2003

答辩成绩

指导教师评阅意见

目录

第1章函数发生器方案选择及原理框图

1.1函数发生器方案选择………………………………………（4）

1.2总体框图……………………………………………………（4）

第2章各部分电路设计及总电路图

3.1方波发生电路的工作原理…………………………………（6）

3.2方波---三角波转换电路的工作原理……………………（6）

3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理…………………（9）

3.4电路的参数选择及计算……………………………………（10）

第4章EWB电路仿真及仿真结果

4.1EWB软件的简单介绍………………………………………（14）

4.2方波---三角波发生电路的仿真……………………………（15）

4.3三角波---正弦波转换电路的仿真…………………………（16）

4.4方波---三角波发生电路的仿真实验结果…………………（17）

4.5三角波---正弦波转换电路的仿真实验结果……………（18）

第5章protel的仿真与电路板的制作

5.1protel99SE软件的简单介绍……………………………（19）

5.2protel99中设计电路原理图的绘制………………………（19）

5.3protel99中PCB图的设计与制作………………………（19）

5.4电路板的制作………………………………………………（20）

第6章电路板的调试与误差分析

6.1方波——三角波发生电路的调试………………………（21）

6.2三角波——正弦波转换电路的调试……………………（21）

6.3总电路的调试……………………………………………（21）

6.4调试中遇到的问题及解决方法…………………………（22）

6.5误差分析…………………………………………………（22）

第7章实验总结……………………………………（25）

参考文献……………………………………………（26）

附录1元器件清单…………………………………（27）

附录2EWB软件简要介绍…………………………（28）

附录3RROTEL软件简要介绍………………………（29）

第一章函数发生器总方案及原理框图

1.1原理框图

1.2函数发生器的总方案

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块）。

为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。

本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，

本课题中函数发生器电路组成框图如上图所示：

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。

第二章各部分电路设计及总电路图

3.1方波发生电路的工作原理

用迟滞比较器构成的方波产生电路如图3-1所示，图中，R和C为定时元件，构成积分电路它把输出电压反馈到集成运算放大器的反向端，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。

比较器主要部件为uA741芯片（相关信息将在后续章节介绍）。

当Uo=UoH=+Uz时,电容C充电，电流流向如图3-1（a）所示，电容两端电压Uc不断上升，而此时同相端电压为上限门UT+。

当Uc＞UT+时，输出电压变为低电平Uo=UoL=-Uz,使同向端电压变为下限门电压UT-，然后电容C开始放电，电流流向如图3-1（b）所示，电容上的电压不断降低，当Uc降低到Uc＜UT-时，Uo又变为高电平UoH,电容又开始充电但是，上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

（a）（b）

图3-1方波产生电路

3.2方波---三角波转换电路的工作原理

如果用线性积分电路代替方波产生电路的RC积分电路，则电容器两端就可获得理想的三角波输出。

其电路图如3-2所示。

波形如图3-3所示。

若反馈网络断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1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。

比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,当比较器的U+=U-=0

图3-2方波——三角波产生电路

图3-3电路输出波形

时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。

设Uo1=+Vcc,则

（3-2-1）

将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为

（3-2-2）

若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

（3-2-3）

比较器的门限宽度（3-2-4）

反馈网络断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为　（3-2-5）

　时，（3-2-6）

时，（3-2-7）

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如图3-2所示。

反馈网络闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波、三角波。

三角波的幅度为（3-2-8）

方波-三角波的频率f为（3-2-9）

3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理

图3-4三角波——正弦波电路图

三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

（3-3-1）

式中　　

：

差分放大器的恒定电流（约为1mA）。

：

温度的电压当量，当室温为25℃时，UT≈26mV。

如果Uid为三角波，设表达式为

　　　　　（3-3-2）

式中　　Um：

三角波的幅度。

　　T：

三角波的周期。

3.4电路的参数选择及计算

1差分放大器元件参数确定

输出电压为0.5=1/2=0.5V,取,则IcQ=0.5V/1KΩ=0.5mA，,取,则,得。

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：

由式（3-2-8）得即。

取，则，取，RP1为47KΩ的点位器。

区平衡电阻。

由式（3-2-9）

即（3-3-3）

当时，取，则，取，RP2为100KΩ电位器。

当1KHz≤f≤10KHz时，取以实现频率波段的转换，R4及RP2的取

图3-5波形变换

值不变。

平衡电阻取8.2KΩ。

三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是：

隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。

RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，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RP4及电阻R确定。

简易信号发生器EWB总电路图

第三章EWB电路仿真及仿真结果

4.1方波---三角波发生电路的仿真

图4-1方波仿真图

图4-2三角波仿真图

图4-3方波——三角波仿真图

4.2三角波---正弦波转换电路的仿真

图4-4正弦波仿真图

图4-5三角波——正弦波仿真图

4.3方波——三角波发生电路的仿真结果

表4-1方波、三角波实验数据

表4-2方波图形结果分析

要求数据

仿真结果

4.4三角波——正弦仿真测试结果

表4-3三角波、方波实验数据

表4-4波形转换电路的实验结果

模拟仿真

Ic1=Ic2=0.5mA

第四章protel的仿真与电路板的制作

5.1protel99中设计电路原理图的绘制

1、电路原理图设计的一般步骤

1）启动protel99SE电路原理图编辑器。

2）设置电路图图纸大小及版面。

3）在图纸上放置需要的元器件。

4）对所放置的元器件进行布局布线。

5）对布局布线后的元器件进行调整。

6）保存文档并打印输出。

2、本设计需用到的一般规则

该设计绘制的总原理图已在附录C中给出，在此不再赘附。

在放置元器件时，如遇元器件找不到则需装载相应的元器件库。

其基本步骤为：

单击设计管理器中的browsesch选项卡→单击add/remove按钮，屏幕将出现“changelibrarylist”对话框。

在designexplorer99/library/sch文件夹下选取元件库文件，然后双击鼠标→点击“OK”按钮即完成了添加。

若再找不到该元件，则需自己用元件绘图工具制作。

5.2protel99中PCB图的设计与制作

1、PCB图设计的一般步骤

1）按照相关步骤后，将网络报表导入编辑器即产生PCB图。

2）手工编辑调整元件布局，并连线。

2、PCB布局需注意的问题

排版应整齐美观，