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模电课设.docx

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模电课设

1摘要…………………………………………………………………………1

2设计内容及要求………………………………………………………2

2.1设计的目的及主要任务…………………………………………………2

2.2方案认证…………………………………………………………………3

2.3方案选择…………………………………………………………………3

3电路的工作原理………………………………………………………4

3.1方波发生电路的工作原理………………………………………………4

3.2方波--三角波转换电路的工作原理……………………………………5

3.3三角波--正弦波转换电路的工作原理…………………………………5

3.4总电路图…………………………………………………………………6

4电路的仿真……………………………………………………………7

4.1方波发生电路的仿真……………………………………………………7

4.2方波--三角波转换电路的仿真…………………………………………8

4.3三角波--正弦波转换电路的仿真………………………………………9

5电路的安装与调试……………………………………………………10

6仪表元件清单…………………………………………………………11

7心得总结…………………………………………………………………12

8参考文献………………………………………………………………12

9本科生课程设计成绩评定表……………………………………13

1摘要

凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器。

信号发生器是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。

信号发生器主要是给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表测量感兴趣的参数。

可见信号发生器在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数，而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。

信号发生器作为一种基本电子设备在教学、科研、电子产品测量与调试、部队设备技术保障等领域，都有着广泛的应用，它是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。

随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。

目前信号发生器的基础就是直接数字合成技术，用高速存储器做查询表，通过数字形式存入的波形，由高速数/模转换器产生所需要的波形

本文介绍了一种采用比较器产生方波其次由积分器产生三角波再由差分放大器来完成三角波到正弦波的变换的设计方法，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。

然后利用仿真软件画出电路图进行仿真最后分析出产生误差的原因及影响因素。

关键词：

函数发生器、方波、三角波、正弦波

2设计内容及要求

2.1设计的目的及主要任务

2.1.1设计的目的

它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，综合所学知识进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。

课程设计的目的：

1.培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

2.培养学生综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力。

3.通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。

4.巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。

2.1.2设计任务及要求

（1）设计任务

根据要求，完成对方波－三角波－正弦波发生器的仿真设计、装配与调试。

（2）设计要求

正弦波Upp≈3V，幅度连续可调；三角波Upp≈5V，幅度连续可调；方波Upp≈14V，幅度连续可调。

频率范围：

三段：

10~100Hz，100Hz~1KHz，1KHz~10KHz；

频率控制方式：

改变RC时间常数；

正弦波输出电量：

电流；

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。

⑤选做：

利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。

2.2方案认证

函数信号发生器电路设计参考方案：

方案一：

RC文氏电桥振荡器产生正弦波，方波-三角波产生电路可正弦波振荡器采用波形变换电路,通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输出。

此电路的输出频率就是就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率.

图2-1方案一原理框图

方案二：

用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差分放大器，作为三角波—正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率.

图2-2方案二原理框图

2.3方案选择

方案一中RC文氏电桥正弦波振荡电路中负反馈电路中的电位器RW的细心调节，RW过大：

输出方波,RW过小：

电路不起振,并且该电路中调节波形和稳幅控制都不易实现；而方案二中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。

综上所述，方案二要比方案一易于实现，并且输出波形稳定，易于控制，因此本次课程设计选择方案二实现函数信号发生器的设计与制作。

3电路的工作原理

3.1方波发生电路的工作原理

图3-1方波发生电路原理图

此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R1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R1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，形成方波输出。

该发生器具有负反馈和正反馈，其中电路的正反馈系数为：

（3-1）

周期和频率如下：

（3-2）

（3-3）

3.2方波—三角波转换电路的工作原理

图3-2方波—三角波转换电路原理图

积分器当输入端ui为定值时，电容将恒流充电，输出电压为：

（3-4）

可见

与t呈现线性关系，若积分器输入方波，其输出的波形将是三角波。

3.3三角波—正弦波转换电路的工作原理

三角波-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。

原理图如图3-3所示。

图3-3三角波—正弦波转换电路的工作原理

3.4总电路图

图3-4函数发生器总电路图

4电路的仿真

设计过程利用proteus软件进行仿真。

在路原理图中，将各元件安放好，调试好各元件参数。

用示波器观察输出点输出的波形。

4.1方波发生电路的仿真

图4-1方波发生电路仿真电路

如图4-1所示，将各元件放置好，用线连接好，设置好各参数，放置示波器，用示波器观察波形，点开始按钮，输出结果如图4-2。

可以看到，发生电路输出方波。

图4-2方波发生电路仿真结果

4.2方波—三角波转换电路的仿真

图4-3方波—三角波转换电路仿真电路

如图4-3所示原理图，连接好电路，加上直流电源提供静态偏置，用示波器观察输出的波形，输出波形如图4-4所示。

图中方波为第一级输出，三角波为第二级输出，由第一级输出的方波经方波—三角波转换电路，方波转换成三角波，调节

改变方波—三角波的输出频率。

图4-4方波—三角波转换电路仿真结果

4.3三角波—正弦波转换电路的仿真

图4-5三角波—正弦波转换电路仿真电路

如图4-5所示，连接好电路，加上直流偏置电压，用双路示波器观察三角波和正弦波的输出波形。

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。

输出结果如图4-6所示。

图4-6三角波—正弦波转换电路仿真结果

5电路的安装与调试

按直流稳压电源的原理图及各单元原理图经行逐级安装，等电路安装完毕后检查电路连接是否正确。

电路焊接安装后的实物如图：

图5-1实物图正面

图5-2实物反面图

6仪表元件清单

PartType

Designator

Footprint

AXIAL0.4

1uF

RB.2/.4

2N3904

TO-18

2N3904

TO-18

2N3904

TO-18

2N3904

TO-18

3.9K

RE2

AXIAL0.4

3.9K

RE1

AXIAL0.4

5.1K

AXIAL0.4

8.2K

R11

AXIAL0.4

10K

R10

AXIAL0.4

10K

AXIAL0.4

10uF

RB.2/.4

20K

AXIAL0.4

20K

AXIAL0.4

50K

RP4

VR1

51K

AXIAL0.4

51K

AXIAL0.4

51K

AXIAL0.4

68nF

RAD.2

100

RP3

VR1

100K

RP2

VR1

100K

RP1

VR1

100uF

RB.2/.4

470uF

RB.2/.4

470uF

RB.2/.4

741

METAL8

741

METAL8

直流稳压电源

双踪示波器

数字万用表

7心得总结

通过这次课程设计，我学到了很多东西。

首先，这次课程设计是临近学期末才布置的，在紧张的复习段里，我们不得不抽出时间来做课程设计。

通过努力，终于把课程设计完成了，也有了很多收获。

在这次课程设计中，我们组的课题是函数发生器，是由3个人共同完成的，每个人负责不同的部分，而我是负责仿真的那一部分。

课设的时间很紧，而且马上就要考试了，而我对仿真软件一点都不懂，所以我只能从图书馆借来基本仿真软件的教材了学习了。

这次模拟仿真中，我们用的仿真软件是proteus，从最开始的找元件、连线，到各部分仿真工具的使用，我循序渐进，在通过一些例子的实践，我初步掌握了proteus的使用，于是，便开始用它来仿真这次课程设计中的原理图了。

在整个电路绘制到仿真，我个人感觉仿真部分是最难的，本次软件使用中，前几次的仿真都无法完全成功，不是无法形成正弦波就是无法形成三角形波。

后来通过多次修改实验原理图和实验元器件相关参数，我们最终成功使波形发生器产生了三角波、方波和正弦波了。

当然对实验原理的了解和认识也非常重要，只有理解和认识了实验原理才能完成实验电路图的绘制，才能完成PCB的制作及仿真。

设计过程中，我改变了之前的想法，开始认为这个时间段做课程设计会耽误期末的复习，而在自己的学习设计过程中，我发现这中情况反而更让我们懂得时间的合理分配，在课设与复习间达到一个平衡，还能够锻炼我们的抗压能力，在繁忙中调整好自己的节奏。

通过这次课程设计，我们对电子设计制作有了更深的认识，掌握了基本的操作技能，能够完成原理图的绘制及仿真，最重要的是锻炼了实际动手能力和团队合作，为以后更深一步的学习实践打下了基础。

通过这次课程设计，我受益匪浅。

8参考文献

[1]吴友宇.模拟电子技术基础.北京：

清华大学出版社，2009.

[2]刘岚，叶庆云.电路分析基础.北京：

高等教育出版社，2010.

[3]黎小桃，刘祖明等.Protel99SE入门与提高.北京：

电子工业出版社，2009.

[4]陈洁.EDA软件仿真技术快速入门.中国电力出版社,2009.

[5]朱清慧.Proteus电子技术虚拟实验室.中国水利水电出版社.2009

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：

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

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