模拟电子技术设计报告

模拟电子技术课程设计报告课程名称：模拟电子技术设计题目：函数信号发生器学生姓名：陈天行专业：电子信息工程班级学号：092022221指导教师：郭彩萍设计日期：2011年6月27日至2011年7月1日设计成绩总评：函数信号发生器目录一、设计的任务和要求.....................................................................................................二、设计的方案选择与论证...............................................................1原理框图.............................................................2方案的论证与比较..................................................................................................三、单电路设计与参数计算..................................................................1方波发生电路的工作原理.............................................................2电路的参数选择及计算.................................................................四、总电路图及元器件清单................................................................1总电路图..............................................................2元器件及仪器表单..................................................................五、系统安装与调试................................................................1方波-三角波发生电路的安装与调试....................................................................2三角波-正弦波转换电路的安装与调试..............................................................3总电路的安装与调试.....................................................................................六、性能测试与分析................................................................1参数测量..............................................................2改进意见............................................................七、心得体会............................................................................................八、参考文献..............................................................................................一、设计任务与要求1.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。2.信号频率1HZ—100KHZ；3.输出信号幅度范围1—20V。4.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。5.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。6.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二、方案设计与论证函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途的不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以使分立器件（如低频信号函数发生器S101）。也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。本课程设计采用集成运算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。如下图，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，输出阻抗高，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。首先产生正弦波，再由过零比较器产生方波，最后由积分电路产生三角波。正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。过零比较器文氏桥振荡电路积分电路RC串并联网络的频率特性可以表示为)1(31111212RCRCjRCjRCjRRCjRfZZZUUF令,1RCo则上式可简化为)(31OOjF，以上频率特性可分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：|F|)(3122oo)(3arctanooF，根据上式可以分别画出RC串并联网络的幅频特性和相频特性：根据RC串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC正弦波振荡电路的振荡频率为：RCfo21；振荡的幅度平衡条件|FA|1是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足1||FA的幅度条件。已知当ffo时，31||F，由此可求得振荡电路的起振条件为：3||uAdtuuIORC1uIuI同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：3R1RF（即RF=2R′）1、正弦波振荡电路根据起振条件|AF|1,选频网络的反馈系数Fmax=1/3,只要负反馈放大器的放大倍数A大于3,即RW(接入电阻)与R4的和略大于R3的两倍,就可产生正弦波振荡,2、矩形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。3、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uuCO；又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则iiCI，故RiRiuCII,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，所以的值为两个状态，当0时，tuuRCIO，输出波形以RCuI的斜率上升，当uI0时，输出波形以RCuI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。三、单元电路设计与参数计算1、正弦波振荡电路的原理如下图a、b所示：由上图得出正弦波振荡的条件为：电路原理分析：在电路中,运放741和电阻R3,Rw,R4构成正常的负反馈放大电路,而R1,C1,R2,C2则构成RC串并联选频网络,同时又由该选频网络作为反馈网络形成正反馈环节,其R1,C2上的反馈电压作为输入代替放大器的输入信号,D1,D2起稳幅作用。选频特性分析：采用参数扫描还可以对振荡频率进行分析.同时改变选频网络的电阻R1,R2(或同时改变C1,C2),即可改变振荡输出的频率，使得频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值通过RW可调。起振过程分析：根据起振条件|AF|1,选频网络的反馈系数Fmax=1/3,只要负反馈放大器的放大倍数A大于3,即RW(接入电阻)与R4的和略大于R3的两倍,就可产生正弦波振荡。2、正弦—矩形波—三角波产生电路：3.三角波电路原理图：输出波形频率为：四、总电路图及元器件清单总电路图R10Rp250%R2R310k¦¸C1R175.1k¦¸0C3470uFR1050k¦¸Key=A50%C4470uFR141k¦¸9010Q1Q211R5R615k¦¸R7100¦¸R1350%1310.6VVCC1415Q3Q416C5100nFR121k¦¸1700R88k¦¸180R919R112k¦¸20-10.6VVEEVCC10.6VVEE-10.6VVEE-10.6VVCC10.6VVEEVCCU132476511U23247651624VEER1621D41N4467D11N446780XSC1ABExtTrig++__+_VCC0XSC2ABExtTrig++__+_C2100nF12735图4.1方波-三角波-正弦波函数发生器实验电路总电路中，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。左边第一个运放与RC串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。4.2元器件及仪器表清单直流稳压电源1台三极管90134只面包板1块双踪示波器1台剪刀1把仪器探头线2根电源线4根万用表1只运放7412片电位器47KΩ2只电位器100Ω1只电位器100KΩ1只电容470μF3只电容10μF1只五、系统安装与调试1.安装调试步骤：（1）.方波-三角波发生电路的安装与调试1）.把两块741集成块插入面包板，注意布局；2）.分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3）.按图接线，注意直流源的正负及接地；4）.接入电源后，用示波器进行双踪观察；5）.调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；6）.调节RP2，微调波形的频率；7）.观察示波器，并记录。（2）．三角波-正弦波转换电路的安装与调试1）.按图连接电路图；2）.接入直流源，使C4接地，测量差分放大电路的静态工作点；3).测试V1、V2、V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4）.在C4接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记录电压。（3）．总电路的安装与调试把两部分连接好，进行整体测试，观察；电路用到的元件：741集成运放、稳压管、电位器、电容、三极管、电阻、若干导线2.焊接总电路图：电容1μF1只电容0.1μF2只电容0.01μF1只电阻20KΩ3只电阻10KΩ3只电阻6.8KΩ2只电阻5.1KΩ1只电阻2KΩ2只电阻1.05KΩ1只电阻100Ω1只50%R10C3R112354U1R2R350%Rp1R450%Rp212354U2C1R17C412VVCCR5R6R7R8R9R11-12VVCC1R1250%R13C5C2R14a)集成运放74