模电课程设计答案1.docx

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模电课程设计答案1

烟台大学文经学院

模电课程设计报告

函数发生器的设计报告

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指导老师：

2010年12月31日

函数发生器试验报告

一、函数发生器的总方案及原理框图

1、电路设计原理框图

2、电路设计方案设计

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，也可以采用集成电路。

为了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下所示：

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有差分放大器来完成。

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飘移，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。

二、设计的目的及任务

1、课程设计的目的

（1）、掌握电子系统的一般设计方法

（2）、掌握模拟IC器件的应用

（3）、培养综合应用所学知识来指导实践的能力

（4）、掌握常用元器件的识别和测试

（5）、熟悉常用仪表，了解电路测试的基本发放

2、课程设计的任务与要求

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器

3、课程设计的技术指标

（1）、设计、组装、调试函数发生器；

（2）、输出波形：

正弦波、方波、三角波；

（3）、频率范围：

在10-10000Hz范围内可调；

（4）、输出电压：

方波Up-p≦24v，三角波Up-p=8v，正弦波Up-p﹥1v。

三、各部分电路设计

1、方波发生电路及工作原理（课本371页，基本电路及工作原理总结）

工作原理：

假设t=0时电容C上的电压Uc=0，而滞回比较器的输出端为高电平，Uo=+Uz。

则集成运放相同输入端的电压为输出电压在电阻R1、R2上分压得结果。

此时输出电压+Uz将通过电阻R向电容C充电，使电容两端的电压Uc升高，而此电容上的电压接到集成运放的反相输入端，即U-=U+时，滞回比较器的输入端将再次发生跳变，由高电平跳为低电平，使Uo=-Uz，于是集成运放相同输入端的电压也立即变化。

输出电压变为低电平后，电容C将通过R放电，使Uc逐渐降低。

当电容上电压下降到U-=U+时，滞回比较器的输出端将再次发生跳变，由低电平跳为高电平，即Uo=+Uz。

以后又重复上述过程。

如此电容反复的进行充电和放电，滞回比较器的输出端反复地在高电平和低电平之间跳变，于是产生了正负交替的方波。

2、方波---三角波转换电路的工作原理

1）基本电路（课本374页，基本电路）

2）工作原理（课本374页工作原理总结）

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，可加速比较器得翻转。

运放的反向端接基准电压，即U-=0，同相输入端输入电压Uia，R1称为，平衡电阻。

比较器的输入端Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee，当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee，或者低电平Vee跳到高电平Vcc.运放R2与R4、Rp2、2、及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出为Ro2，可见，积分器的输入为方波时，输出的是一个上升速度与下降速度相等的三角波。

3）电路仿真

10HZ波形图（标明修改的电阻电容参数，方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V）

1KHZ波形图（标明修改的电阻电容参数方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V）

3、三角波---正弦波转换电路的工作原理

1）基本电路

2）工作原理、

三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，康干扰能录较强等优点。

特别是作为直流放大器，可以有效地抑制零点飘移，因此可以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。

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

IC1=aIE1=aI0/（1+e-UId/UT）

IC2=aIE2=aI0/（1+e-Uid/UT）

式中a=IC/IE≈1

I0—差分放大器的恒定电流；

UT--温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。

Um—三角波的幅度；

T—三角波的周期。

为使输出波形更接近正弦波，由图可见：

（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；

（2）三角波幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

（3）图为实现三角波--正弦波变换的电路。

其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2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C1，C2，C3为隔直电容，C4为滤除谐波分量，改善输出波形。

3）电路仿真

10HZ波形图（正弦波UＰ－Ｐ>1V）

1KHZ波形图（正弦波UＰ－Ｐ>1V）

5、总电路图

四、实验总结

1、通过本次实验的切实操作，我感觉到了实验对理论能进行验证这一提法，并且现在能相信这一论点。

但对于实验的真实本质我很想相信，但现在我还是不能切实的真正接受。

2、对于本实验，方波、三角波、正弦波三种波频率相同，通过观察虚拟示波器观察频率数值即可得之，这正好验证了相关的理论，三种波的频率公式相同。

3、由实际操作知，影响波形频率的是总电路图的前半部分，即方波——三角波产生电路部分，通过调节电阻如R3、R2、R4（见《模拟电子电路实验指导书》P19电路图）等来实现，这通过频率的确定公式也可看出。

4、而对于正弦波振幅大小的调节，方波——三角波产生电路及三角波——正弦波变换电路都可实现，但三角波——正弦波变换电路对信号频率无影响。

5、通过本次实验我加深了对模电中有关滞回比较器、RC冲放电回路、正弦波振荡电路、差分放大器和积分电路知识的理解，熟悉了三角波——方波——正弦波函数发生器实验电路，对三种波形之间的相互变换更加熟悉，了解更深一步。

6、通过本实验我加深了对Multisim这一软件的认识，并熟知了它的相关功能，熟练的对该软件的操作。