函数发生器电路的设计Word下载.docx

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图2.3仿真结果

2.2方案二

本方案原理与方案一相同，但方波和正弦波的发生是相互独立的，之间没有级间正反馈，在proteus软件中进行模拟和仿真，图形如图2.4。

图2.4方波—三角波—正弦波函数发生器电路图

2.3方案三

本方案使用另一种设计思路，即先产生正弦波再利用比较器转化为方波，最后用积分器转化出三角波设计框图如图2.5。

电路图如图2.6.由于没有级间反馈，我们可以分开进行测量，一级完成后再进行下一级，如图2.6所示。

图2.5方案三设计框图

图2.6正弦波—方波—三角波函数发生器电路

2.4方案比较

对每个方案用proteus进行仿真，并在软件上进行调试，进行比较。

方案一方案二原理大致相同但方案一使用了级间反馈，使得输出的波形稳定且失真较小，方案三的正弦波产生电路很不稳定，产生条件很苛刻，且波形产生后调节滑动变阻器时，波形极易消失，最好不要采用此方案。

选择方案三。

由以上分析知选择方案三最合适。

3实现方案

查阅辅导资料完成元件的选取。

完成以下步骤：

（1）确立实现电路形式及元器件型号——尽量使用指导老师提供的器件

1）方波—三角波电路的变换

图3.1所示为产生方波转换为三角波电路。

其工作原理如下：

当a点断开时，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可用以加速比较器的翻转。

它们共同作用构成了方波—三角波转换电路。

图3.1方波—三角波产生电路

由图3.1分析可知比较器有两个门限电压

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时，则输出积分器的电压为：

当Uo1=+VCC时

当Uo1=-VEE时

可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图3.2所示。

图3.2方波—三角波波形

A点闭合，即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

方波—三角波的频率

由上分析可知：

①电位器RP2在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。

②方波的输出幅度应等于电源电压。

三角波的输出幅度应不超过电源电压。

电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。

2）三角波—正弦波的变换

三角波—正弦波的变换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、抗干扰能力强等优点。

特别是做直流放大器时，可以有效的抑制此时的零点漂移，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的非线性。

其非线性及变换原理如图3.3所示。

图3.3三角波—正弦波的变换原理

1输入的三角波频率要大小合适，保证输出的正弦波的频率适中；

2当传输特性曲线越对称时，线性区越窄越好；

3三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

如图3.4为三角波转换为正弦波的变换的电路。

其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。

电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。

图3.4三角波—正弦波变换电路

整个设计电路采用如图3.5所示。

其中运算放大器A1、A2用一只双运放μA747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管或双三极管9013等。

取电源电压为±

12V。

图3.5实现方案电路图

在选取元件的型号时，要充分利用指导老师所给的元件，避免使用偏，怪的

元件设备。

比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：

由于输出电压

因此得

取R3=10kΩ,则R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1为47kΩ的电位器。

取平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。

由于频率

当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2为100kΩ电位器。

当19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。

取平衡电阻R5=10kΩ。

三角波转化为正弦波变换电路的参数选择原则是：

隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470μF，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1μF。

RE2=100Ω与RP4=100Ω，相并联，以减少差分放大器的线性区。

差分放大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。

因此C3=C4=C5=470μFRE2=100Ω，RP4=100Ω，C6取0.1μF。

查阅参考书《工程实践与训练教程》掌握泡沫板的构造，学会它的使用方法，并能熟练操作。

图3.6实现方案在泡沫板上实物图

4调试过程结论

按如图3.5所示的电路在面包板上组装电路。

电路实物图如图3.6.连接过程中要尽量少用导线，要保证实物电路的正确性，连好后仔细检查。

在确定无误后在进行调试。

在实验前一定要先检查仪器的好坏。

在本次课设中由于直流电压源输出电压不是±

12V，使得两个放大器A1和A2不是工作在放大区，波形的失真不能通过调节滑动变阻器来消除。

在检验输出波形时，由于示波器的扫描频率旋钮不能工作，使得得到的波形在快速运动，难以观察波形的形状。

因此，在实验前一定要先确保仪器的正常工作。

如图3.6所示的方波—三角波—正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，它们之间相互独立，但有一定的联系。

在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级组装和调试。

在连电路过程中，由于要多次用到±

12V和地线，因此可充分利用泡沫板两边的插口，使电路图更加简单明了。

（1）对方波—三角波发生器的组装和调试

在方波—三角波发生器中比较器A1与积分器A2组成的正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路应该同时安装。

需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其大概调整到设计值，（避免连好电路后调节的不方便），若电阻的调节不合适，则电路可能会不起振.只要电路接线正确,上电后,U01的输出为方波,U02的输出为三角波,微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求,调节RP2,则输出频率在对应波段内连续可变。

（2）对三角波—正弦波变换电路的组装和调试

按照图所示电路，组装调结三角波-正弦波变换电路。

电路的调试步骤如下：

1）经电容C4输入差模信号电压uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。

调节RP4调节电阻R*，使传输特性曲线对称。

再逐渐增大uid，直到传输特曲线形状为正弦波。

2）将RP3与C4连接，调节RP3使三角波的输出幅度经RP3后输出等于uidm值，这时U03的输出波形应接近正弦波，调整C6大小可以改善输出波形。

如果U03的波形出现三种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：

①钟形失真

传输特性曲线的线性区太宽，应减小RE2。

4半波圆顶或平顶失真

传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*。

5非线性失真

三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。

可在输出端加滤波网络（如图中C6=0.1mF）以改善输出波形。

（3）有时因为方波—三角波的调节使得输入三角波—正弦波变换电路的波不符合要求，此时应多个滑动变阻器搭配调节。

（4）性能指标测量与误差分析

方波输出电压UP-P≤2VCC是因为运放输出级由NPN型与PNP型两种晶体管组成对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。

但两者之差很小。

（5）经过调试后得到如图4.1方波，4.2三角波4.3正弦波。

（6）对波形和实物图进行拍照并保存（图片尽量清晰，简单）。

图4.1电路产生的方波

图4.2电路产生的三角波

图4.3电路产生的正弦波

5心得体会

我的这次课程设计是在老师的悉心指导下完成的，老师的指导和这次的顺利完成任务密不可分。

通过对这次函数信号发生器的设计，我深刻认识到了理论与实际相关的重要性。

而且通过对此课程的设计，我不但从中知道了一些以前所不知道的理论知识，而且也巩固了我以前所知道的理论。

这次课程设计最重要的是在实践中进一步理解了书本上的知识，深深明白了明白了学以致用的真谛，也明白老师的良苦用心。

他是为了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。

在设计过程中碰到许多不同的问题，与理论有所差距，明白理论和实践还是有差距的，我们不能只学理论而不实践，要多结合理论进行实践，这样才更加好的理解掌握知识，把理论应用于实践，从实践中得出结论，真正的做到了学以致用。

在设计过程中，遇到的问题多是自己在寻找原因，克服了以前一遇到问题不自己去解决而去找老师的坏习惯，在不断地寻找问题，解决问题的过程中，我也有了更大的收获。

以前的学习多是老师教什么我们学什么，这次的课程设计从头到最后都是我们自己在寻找，在探索，在学习。

锻炼了我们的自学能力。

这些将对我们以后的学习更有帮助。

本次课设遇到的最大的问题是实物图的接线布局，在电路图中的一些接线法在泡沫板上并不一定好用，要去寻找适合泡沫板的方法，如板两边的插孔的灵活使用，中间插槽的使用等等，最好熟能生巧。

在连接实物图和调试时，分配两人一组共同完成，这时应该与同组人一起完成该项目，遇到问题时共同探讨解决，千万不要做鸵鸟，否则会什么都学不到，白白浪费这么好的学习机会，最终什么也没学到。

其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。

在调试过程中，由于滑动变阻器较小，调节过程中要有耐性，并且时刻观察波形的变化情况，直到波形不失真为止。

总之，这次课程设计让我学到了许多书本上学不到的东西，收获颇多。

我以后应多多参加此类活动。

6参考文献

【1】吴友宇.模拟电子技术基础.清华大学出版社，2009,5

【2】黄智伟.全国大学生电子设计竞赛.北京航空航天大学出版社，2006.12

【3】周新民.工程实践与训练教程（电工电子部分）.武汉理工大学出版社，2009.8

本科生课程设计成绩评定表

姓名

性别

专业、班级

课程设计题目：

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

评定项目

考察点

分数

所占比例

折合分数

总成绩（百分制）

方案设计

及预答辩

设计方案的合理性

答辩

30％

电路布线

及调试

电路布线的合理性

电路的调试

说明书

及答辩

说明书撰写的规范性

40％

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日