电子课程设计修正版.docx

电子课程设计修正版.docx

《电子课程设计修正版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子课程设计修正版.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电子课程设计修正版

《电子技术》

课程设计报告

函数信号发生器的设计

姓名：

邓森，凌德强

指导教师：

胡玉霞

院系：

信息工程学院

专业：

电子信息工程

函数发生器的设计

指导老师：

胡玉霞

摘要：

本次设计主要是为了运用已掌握的具有不同功能的单元电路设计、安装和调试方法，在单元电路设计的基础上，设计出可以产生典型的三种波形（三角波、方波、正弦波）的电路。

主要架构是通过振荡器产生方波，再利用积分电路产生三角波，最后通过滤波电路产生正弦波；利用Multisim软件进行仿真，仿真成功后，在进行安装调试；本文还提供了相关电器元件参数的计算过程。

关键词:

信号发生器、比较器、积分器

　　　　　　　　引言

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。

在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励源。

当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。

当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。

并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

正弦信号是使用最广泛的测试信号。

这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。

正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。

本文是描述产生正弦波号，三角波信号，方波信号的三种信号的简易电路。

二．设计要求及方案

2.1设计要求

设计一个电子工艺实验箱信号源电路，要求：

（1）输出波形：

正弦波、方波、三角波等；

（2）频率范围：

1KHz～10KHz、10KHz～100KHz；

（3）输出电压：

方波Up-p=24V,三角波Up-p=8V,正弦波Up-p>1V；

（4）波形特征：

方波tr<10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%。

2.2系统设计

1.明确系统的设计任务要求

2．总体方案选择

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。

如图所示。

2.3单元电路的设计、参数计算和器件选择

1）方波—三角波产生电路

理论波形：

仿真波形：

图1

分析电路工作原理知，

三角波输出的最大幅度，

方波—三角波的频率为：

实际设计中，两个运算放大器可选择运算放大集成电路uA741（也可选其它适合的运放），运放的直流电源采用双电源供电，+Vcc=12V，-VEE=-12V。

根据设计指标要求：

取R2=10KΩ，则R3+Rp1=30KΩ，选择R3=20KΩ和Rp1为50KΩ的电位器。

取平衡电阻

，

在电容C1、C2处放置了选择开关，可以满足电路设计要求的两个频率范围：

1KHz～10KHz、10KHz～100KHz：

当需要1KHz～10KHz时，开关选择C2=10nF，则R4+Rp2=75~7.5KΩ，取R4=4.7KΩ，RP2为100KΩ电位器；

当需要10KHz～100KHz时，取C1=1nF，以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。

平衡电阻R5=10KΩ。

2）三角波—正弦波变换电路

根据差分放大器传输特性曲线的非线性，可将低频率的三角波变换成正弦波。

仿真波形：

图2

注：

蓝线为三角波，红线为正弦波

电阻R*1和电位器Rp3用于调节输入三角波的幅度，Rp4用于调节电路的对称性，其并联电阻RE1用来减小差分放大器的线性区。

电容C3,C4,C5为隔直电容，C6为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。

差分放大电路采用单端输入—单端输出的电路形式，4只晶体管选用集成电路差分对管BG319或双三极管S3DG6等。

电路中晶体管β1=β2=β3=β4=60。

电源电压同上，取+Vcc=12V，-VEE=-12V。

三角波经电容C3和分压电阻R*1、Rp3给差分电路输入差模电压Uid。

一般情况下，差模电压Uid<26mV，因三角波幅值为8V，故取R*1=4.7KΩ、Rp3=500Ω。

因三角波频率不太高，所以，隔直电容C4和C5要取的大一些，这里取C3=C4=C5=470μF。

滤波电容C6视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C6可取得较小一点，一般为几十皮法至几百皮法。

RE1=100Ω与Rp4=100Ω并联，以减小差分放大器的线性区。

差分放大电路的静态工作点主要由恒流源I0决定，故一般先设定I0。

I0取值不能太大，I0越小，恒流源越恒定，温漂越小，放大器的输入阻抗越高。

但I0也不能太小，一般设为几毫安左右。

这里取差分放大器的恒流源I0=1mA，则Ic1=Ic2=0.5mA，从而可求得晶体管的输入电阻

为保证差分放大电路由足够大的输入电阻ri，取ri>20KΩ，根据ri=2（rbe+RB1）得RB1>6.6KΩ，故取RB1=RB2=6.8KΩ。

因为要求输出的正弦波峰峰值大于1V，所以，应使差分放大电路电压放大倍数AU≥40。

根据AU的表达式

可求得电阻R'L，现选取Rc1=Rc2=15KΩ。

对于恒流电路，其静态工作点及元器件参数计算如下：

发射极电阻一般取几千欧姆，这里选择RE3=RE4=2KΩ，取R*2=12KΩ。

4）电路图的绘制

利用相应的电路设计软件绘制总体电路图。

图3

图3

5）计算机仿真优化

利用Multisim软件画出仿真电路图并进行仿真。

在电路的仿真中可以看到，当积分器中的电容选择开关选择C2时，则通过调节电位器RP2的阻值，使得输出的波形的频率在1KHz～10KHz之间的连续可调；当开关选择电容C1时，此时再调节电位器RP2，则输出波形的频率可以在10KHz～100KHz之间连续可调。

在方波—三角波电路的仿真时，输出的方波的幅值测得为12V，正好满足电路设计要求中方波Up-p=24V，方波的上升时间tr由于受到运算放大器转换速率的限制，使得上升时间有点偏大。

方波通过积分器后输出的三角波的峰峰值为5.6V左右，此时再适当减小RP1的阻值即可使得三角波的Up-p=6V，而且由电路的仿真图可以看出，三角波的失真系数THD<2%。

从正弦波仿真输出波形可以看到三角波经过差分放大电路输出得到的正弦波的幅值大于5V，明显满足电路设计要求中正弦波Up-p大于1V的要求，此外，从仿真输出的波形图中也可以看到输出的正弦波的失真较小，也满足失真系数THD<5%的波形特征的要求。

3.硬件组装及调试

3.1安装:

（1）把UA741集成块等元器件插入面包板，注意布局；

（2）分别把各电阻,电容，二极管等元件放入适当位置，在组装的过程中应尤其注意电位器的接法，一般来说应先插体积较小的元器件，后插体积较大的元器件；

（3）按图接线，注意直流源的正负及接地端。

接图完成后用万用表测一下电路看看是

否短路，是否安装正确。

3.2组装后的实物图：

如下图4所示：

图4

3.3调试:

（1）接入电源后，用示波器进行双踪观察；

（2）调节RV1使电路起振；

（3）电路起振后，调节RV1，使正弦波的幅值足指标要求；

（4）观察示波器，各指标达到要求后进行下一部安装；若未达标再进行分析。

四．仪器元件明细清单

4.1电阻及电位器：

10k（3个）、20k（1个）、50k（1个）、4.7k（2

个）、100k可调（1个）、50k可调（1个）、500欧

可调（1个）、6.8k（2个）、15k（2个）、100欧

（1个）、100欧可调（1个）、2k（2个）、12k（1个）

4.2电容：

1nF（1个）、10nF（1个）、470uF（3个）、500pF（1个）

4.3三极管：

3dg68（4个）

4.4运放：

uA741（2个）

4.5面包板一块（5小块组成），电源两个

5．设计总结及不足之处

设计总计：

通过此次信号发生器的设计使我们再一次明白了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”这个道理。

书上学的是理论知识，感觉没有什么特别的地方，只有在实际设计的时候才会发现自己毫无经验，毫无头绪，开始感觉无从下手；后来在老师热情的指导下开始有了整体架构与思路；在此次设计过程中，也让我们明白了高数，模电等课程的重要性；如果高等数学不好，在计算元器件的实际取值时，会是一件很麻烦的事情。

通过这次教训，让我们会很重视自己的专业课程，会更加努力的学习自己的专业课程。

设计不足之处：

（1）这次设计并没有经过抗干扰的测试，对于实际应用中的稳定性也没有测试。

（2）在实际操作过程中，由于元器件本身存在误差性，最终输出的波形可能会发生失真。

（3）最终电路的完成是在面包板上完成的导致电路的稳定性较差，与仿真结果会有较大的出入。

6．参考文献

【1】:

正弦波—方波—三角波函数发生器设计报告2011.8.10；

【2】:

电子技术基础模拟部分（第五版）康华光高等教育出版社2010.5

【3】:

电子线路线性部分第五版冯军，谢佳奎高等教育出版社2011.5