模拟电子技术基础课程设计报告 湘潭大学.docx
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模拟电子技术基础课程设计报告湘潭大学
电子技术基础模拟部分
课
程
设
计
课设名称：
信号发生器设计
院系：
信息工程学院
专业班级：
2009级通信工程3班
姓名：
学号：
2009550801
日期：
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。
原理图：
（3）正弦波电路
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，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。
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。
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。
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
7
0
0
√
4
4
0
0
√
2
3
5.07K
9.88K
3、6
10.2K
3
6
4.98K
6
2
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
-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
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