模拟电子技术课程设计报告--黄雨龙

模拟电子技术课程设计报告课程名称模拟电子技术基础设计题目函数信号发生器设计所学专业名称自动化班级电类105班学号2010210394学生姓名黄雨指导教师赵俊梅2011年12月20日模拟电子技术课程设计任务书设计（论文）名称：函数信号发生器的设计系(部)、专业：自动化学生姓名：黄雨指导教师：赵俊梅下达时间：2011.12.20一、课程设计应达到的目的：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，了解电路调试的基本方法二、课程设计任务和基本要求设计任务：设计方波、三角波、正弦波函数信号发生器基本要求：1．方波：要求分别设计出频率可调和占空比可调电路2．三角波：正常起振，并且幅度和频率一定范围内可调3．正弦波：正常起振，并且幅度和频率一定范围内可调函数信号发生器的设计1方波（占空比可调）函数信号发生器1.1方波（占空比可调）函数信号发生器波应用意义方波信号是一种应用极为广泛的信号，它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常普遍。它通常作为为标准信号，应用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的方波信号检测一些物理量。所以研究多谐振荡方波发生器具有非常重要的现实意义。1.2方波（占空比可调）函数信号发生器要求及技术调节Rw电阻器可以看出其占空比的大概范围在20%—80%间，可知也是达到了要的占空比范围。1.3方波发生电路的工作原理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R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n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R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。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。通过对方波发生电路的分析，可以想象，与改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同，即两个充电的参数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路。当u。=±Uz时，U。通过Rw1、D1和R3对电容C正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻时间常数为（Rw1/Rw2+R3)C由此表明改变电位器的滑动端可用改变占空比，但周期不变。占空比为（Rw1+R3）/(Rw2+2R3)1.4原理框图见下图（1）2.方波（频率可调）函数信号发生器图（1）2.1方波（频率可调）函数信号发生器主要参数电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为RC，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内U0=+Uz的时间与U0=Uz的时间相等，U0为对称方波，电容上电压U0是占空比为1/2的矩形波。根据电容上电压波形可知，在二分之一周期内，电容充电的起始值为-Ut，终了值失+Ut时间常数是R3C有三要素罚求出振荡频率周期T=2R3Cln（1+2R1/R2).震荡频率为f=1/T根据上式调节R1、R2、R3和电容的C的数值可以改变电路的震荡频率。即调节滑动变阻器可以调节振荡频率了。2.2方波（频率可调）函数信号发生器设计思想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RCO212O1211P1uRRRuRRRu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R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n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R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。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。2.3原理框图图（2）3三角波（正常起振，并且幅度和频率一定范围内可调）3.1电路组成和说明将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压。当方波发生电路的输出电压U01=+Uz时，积分运算电路的输出电压U0将下降，而当U01=-Uz失U0将上升。由于电路中存在RC电路和积分电路两个延迟环节，在实际电路中去掉方波发生电路中的RC回路，使积分电路的输出互为另一个电路的输入，RC回路充电方向与后者积分电路方向相反，故为了满足极性的需要，滞回比较器改为同向输入。3.2工作原理如图（3）左边为同向输入滞回比较器，右边为积分运算电路。图中滞回比较器的输出电压U01=±Uz，它的输入电压是积分电路的输出电压U0,根据叠加原理求得阈值电压Ut又因为积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压U01,而且U01不是+Uz就是-Uz.求滞回比较器的电压传输特性：三要素UOH=－UOL=UZ，uI作用于集成运放的同相输入端，求Z21TURRU合闸通电，通常C上电压为0。设uO1↑→uP1↑→uO1↑↑，直至uO1＝UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t↑→uO↓，一旦uO过－UT，uO1从＋UZ跃变为－UZ（第二暂态）。积分电路正向积分，t↑→uO↑，一旦uO过＋UT，uO1从－UZ跃变为＋UZ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。由以上分析可知，U0是三角波，幅值大小为Ut；U01是方波，幅值是Uz。由于积分电路引入了深度负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。有波形可知，正向积分的起始值为-Ut，终了值失+Ut，积分时间为二分之一周期得出`震荡周期为T=(4R1R3C)/R2Ut=(R1/R2)Uz。有以上二式可知将R1换做滑动变阻器即可调节频率和幅值。3.3原理框图)()(11O12O13OtuttuCRu图（3）4正弦波信号发生部分4.1.正弦波部分用文氏桥电路,电路由放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个部分组成。放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减少放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅决定于选频网络，因此通常选用引入电压串联负反馈的放大电路。正反馈网络的反馈电压Uf是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件有311RRfupuoAuRf2R111RRfRfRR且振荡产生正弦波频率Rcf210正弦波电路参数设计：由于RC桥式振荡的振荡频率是由RC网络决定的，因此选择RC的值时，应把已知的振荡频率作为主要依据。同时，为了使选频网络的特性不受集成放大器输入和输出电阻的影响，选择R时还应考虑R应该远远大于集成远放的输出电阻，并且要远远小于集成远放的输入电阻。根据已知条件，由fo=1/（2πRC）可以计算电容的值，实际应用时要选择稳定性好的电阻和电容。R1和Rf的值可以由起振条件来确定，通常取Rf=2.1R1，这样可以保证起振又不会使输出波形严重失真。因为0.2KHzRcf21020KHz得9.7RK9.7。又因Rf2R1取Rf=2.1R111RRfRfRR可得R1=1.21.3Rf。设计R1要考虑失调电流及其漂移影响，应该取R=R1//Rf。综合上述两个条件可以算出R1的值为11.7～11.7K，则Rf应为24.49～24.49K。实际应用时应当调节这两个电阻的值使其满足要求。4.2工作原理图图（4）参考文献[1]模拟电子技术基础第四版第八章[2]天津大学模拟电子技术应用各种波形电路产生波形频率可调方波三角波正弦波占空比可调方波