模拟电子技术课程设计-函数信号发生器

1课程设计报告题目正弦信号发生器课程名称模拟电子技术课程设计院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级10电气（2）班学生姓名卢妮妮学号1004202018课程设计地点C206课程设计学时1周指导教师朱一纶金陵科技学院教务处制2摘要当代电子技术的迅速发展，为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，数码摄像机、家庭影院、空调、电子计算机等，都是典型的电子技术应用实例，可谓是琳琅满目、异彩纷呈。至于电子技术在科技领域的应用，更是起着龙头的作用，例如通信工程、测控技术、空间科学等比比皆是。而信号发生器在电子技术中发挥着重要的作用。所谓信号发生器就是不需要外部电路输入信号，自身能够产生某种信号的电路。许多电子电器中用到了各种形式的信号发生器（振荡器），其中大多数是正弦波振荡器，例如收音机中的本机振荡、录音机中的超音频振荡器、彩色电视机中的副载波压控振荡器，以及各种仪表中的振荡电路应用等。本设计主要是以RC振荡器为主的正弦信号发生器。并输出不同频率的正弦信号。关键词：振荡器、正弦波、矩形波、三角波、频率3目录第一章设计任务1.1设计任务··········································51.2设计内容··········································5第二章RC桥式信号发生器2.1RC桥式信号发生器的基本简介·······················62.2RC桥式信号发生器的基本组成·······················62.3RC桥式振荡电路的起振条件·························62.4正弦波振荡电路的检验·······························7第三章电路的设计及元件的选择3.1电路结构的确定·····································83.2电路元件的选择·····································83.3元件参数表·········································9第四章电路的设计4.1Multisim仿真电路图································10第五章Multisim仿真分析5.1自激电路的起振····································115.2电路的调试与输出波形······························115.3数据的测量与记录··································125.4比较分析··········································12第六章矩形波和三角波产生电路6.1正弦波-矩形波转换电路·····························1346.2矩形波-三角波转换电路······························146.3正弦波-矩形波-三角波信号发生器·····················15第七章设计小结········································17第八章参考文献········································185第一章设计任务1.1设计任务设计一个正弦信号发生器。主要参数：RC桥式网络中的电阻R选用10k时，要求产生振荡频率分别为f1=1500Hz和f2=750Hz的正弦波，输出具有稳幅功能。输出交流电压幅度在在一定的范围内可调。拓展要求：可以输出矩形波和三角波信号。1.2设计内容（1）依据已知的设计指标，确定设计电路；计算和确定电路中的元件参数；（2）选择集成运算放大器；搭建电路，（3）调试并测量电路参数，并列表记录数据，（画出）输出波形图，（4）分析测量结果，与理论值比较，直到满足设计要求，（5）设计小结。6第二章RC桥式信号发生器2.1RC桥式信号发生器的基本简介RC正弦波振荡电路是一种低频振荡电路，常用电阻和电容组成选频回路，故这种结构的振荡电路成为RC振荡器。这种运放正弦波振荡器的工作不需要外加输入信号。这种振荡器就是利用正反馈和负反馈的某些组合把运放驱动到不稳定的状态，这样，输出就不断的来回翻转。振荡的频率和幅度是通过围绕中心运放的那些无源和有源元件共同设定的。运放振荡器被限制在频谱的低频区，因为运放没有足够的带宽，以实现高频下的低相移。2.2RC振荡器的组成常见的RC振荡电路是RC串、并联式正弦波振荡电路，又称文氏电桥正弦波振荡电路。电路由放大电路，RC串、并联网络所构成，电路部分由同相比例放大电路组成，放大电路的输出电压与输入电压同相，输入信号放大后，再经正反馈送回到输入端。为了稳定输出电压的幅值，为此给电路加入稳幅环节，以稳定输出电压。放大电路—由集成运放和负反馈构成，调节负反馈的深度可以改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的闭环电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。RC串并联选频电路—构成正反馈，以产生自激振荡，改变RC的值使电路输出需要频率的波形。2.3RC桥式振荡电路的起振条件7因为放大电路的开环电压放大倍数为A=U0/Ui反馈电路的反馈系数为F=Uf/U0当Uf=Ui时，AF=1。因此自激振荡的条件如下（1）相位条件反馈电压Uf和输入电压Ui要相同，也就是说，电路必须构成正反馈，才能满足相位平衡条件，电路才能自己振荡。（2）幅度条件要有足够的反馈量，使反馈电压信号与输入信号在数值上相等，才能够维持振荡，，即幅度条件为：|AF|=1相位条件和幅度条件是产生自激振荡必不可少的两个条件。需要注意的是，在实际的振荡电路中，并不是通过开关起振的。由分析可以知道，为保证电路的起振，幅度条件必须满足|AF|1。2.4正弦波振荡电路的检验正弦波振荡电路检验，若：(1)则不可能振荡；(2)振荡，但输出波形明显失真；(3)产生振荡。振荡稳定后。此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小8第三章电路的设计及元件的选择3.1电路结构的确定放大电路：以集成运放和负反馈构成，集成运放采用OP07H。稳幅网络：利用两个反向并联二极管，正向电阻的非线性特性来实现稳幅。采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。3.2电路元件的选择选频电路：当R1=R2=10K选择C1、C2取f1=1500Hz时，则C1=1/(2πR1f1)=1/(2π×10000×1500)=10.61nF取f2=750Hz时，则C2=1/(2πR2f2)=1/（2π×10000×750）=21.221nF放大电路：选用OP07H型集成运放作为放大电路的主元件，为了使输出波形最大不失真，负反馈电路应选择由固定电阻为1k和滑动变阻器为6.8k的阻值组成。稳幅电路：选用2N5545-N沟道结型场效应管，当工作在可变电阻区的线性9部分时，N沟道结型场效应管相当于压控线性电阻，它比二极管稳幅失真波形更小。3.3元件参数表序号元件名称型号数量备注1电阻丝--4根据电路而定2电容器--5--3滑动变阻器--2--4集成运放OP07H1--5二极管1N41481--6单刀双掷开关--2--7结型场效应管2N55451--8直流电源--2正负电源12V9示波器XSC21--10第四章电路的设计4.1Multisim仿真原理电路图RC桥式振荡Multisim仿真电路图11第五章Multisim仿真分析5.1自激电路的起振如上图RC桥式振荡Multisim仿真电路所示：将两个单刀双掷开关打到电容值为21.221nF挡即频率f=750Hz,调节两个滑动变阻器，使输出波形为最大不失真波形，自激振荡的起振波形如下图所示：5.2电路的调试与输出波形滑动变阻器调节适当到适当的阻值时，输出最大不失真波形如下图所示：125.3数据的测量与记录把单刀双掷开关分别同时打到1，2处，分别测量输出波形的周期，记录在别表格中，并计算完成表格。项目f0（测量）f0（计算）UfU0误差ΔfA11477Hz1500Hz2.81V8.374V23Hz2.982749Hz750Hz2.79V8.384V1Hz3.0055.4比较分析1）误差测量当开关在1处时，f0（计算）=1500Hzf0（测量）=1477HzΔf=23Hz当开关在2处时，f0（计算）=750Hzf0（测量）=749HzΔf=1Hz2)评估分析根据测量结果，在实验误差的范围内，该电路的效果满足目标的要求。设计可行。13第六章矩形波和三角波产生电路6.1正弦波-矩形波转换电路本电路采用滞回电压比较器将正弦波转换成矩形波。原理：在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。原理如下：本电路中用到的稳压管为1N5759A，其稳压电压为±1.7V电路中阈值电压为：UT1=R2R1R2UREF-2R1R1RUZUT2=R2R1R2UREF+2R1R1RUZ本电路中UREF=0，所以UT1=-2R1R1RUZUT2=2R1R1RUZ146.2矩形波-三角波转换电路本电路中方波转成三角波采用积分电路原理：15当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：6.3正弦波-矩形波-三角波信号发生器根据原理将上述的两种转换电路分别串接到正弦信号发生器的后面16仿真电路图：R110kΩR210kΩC122nFC211nFC322nFC411nFJ1Key=SpaceJ2Key=SpaceU1OP07H324768112356VCC12VVCCVEE-12VVEER3100kΩR4100kΩKey=A50%D11N4007D21N4007XSC2ABExtTrig++__+_840010U2ALM324AJ321141R510kΩR610kΩR710kΩVCC12VVDD-12VVCCVDD790D302BZ2.2D402BZ2.2130R810kΩR910kΩR1110kΩC51.1uFU3ALM324AD3211411101512XSC1ABExtTrig++__+_17VCC12VVDD-12VVCCVDDXSC3ABExtTrig++__+_14000输出波形：1）正弦波172）矩形波3）三角波18第七章设计小结通过这次的模拟电子技术课程设计，让我对电子产品的设计与组成有了一定的了解。大大提高了我对学习电子技术这门课的兴趣，增强了我的自主学习能力。从电路的设计到参数的选择与波形的调试，每一步都要耐心的去计算和分析故障的原因，提高了我的创造性思维和逻辑推理能力。实验内容由浅及深，从简单到复杂，循序渐进，每一步都要有理论依据，结合实际思考分析，才能做出自己需要的设计。其次，这次课程设计提高了我们和同学之间的交流能力，使我们配合的更加默契，体会了在连好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。第八章参考文献[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.1[2]何玉祥模拟电路及其应用清华大学出版社2008.9第一版[3]赵淑范电子技术实验与课程设计清华大学出版社2006.8第一版注：第六章正弦波-矩形波-三角波信号发生器是与同学1004103027合作完成。