模拟电子技术课程设计说明书

课程设计说明书NO.1沈阳大学引言函数信号发生器是一种高精度且频率可方便调节的信号发生器，它的出现在很大程度上给技术人员在电路实验和设备检测中带来了便利。在通信、广播、电视系统中，同时在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的信号发生器。本课题要求输出波形为方波；频率范围与波形幅度也有要求。在常见的信号发生器电路中，除了正弦波振荡电路外，还有矩形波等非正弦波发生电路。矩形波发生电路只有高电平、低电平两个暂态，而且两个暂态自动地相互转换，从而产生自激振荡。矩形波信号发生器通常用作数字电路的信号源或模拟电子开关的控制信号，亦是其他非正弦波发生器的基础，当占空比为50%时则为方波发生器。Multisim11软件简介：Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。提供了全面集成化的设计环境、方便简洁的操作界面、数量丰富的元器件库、种类齐全的仪器仪表、功能多样的分析工具，将功能强大的SPICE仿真和原理图捕获集成在高度直观的PC电子实验室中，可以实现电路设计、电路仿真、虚拟仪器测试、射频分析、单片机等高级应用。与该软件以前版本相比，Multisim11不仅在电子电路仿真设计方面有诸多功能的完善和改进，其在虚拟仪器、单片机仿真等技术方面亦有更多的创新和提高，属于EDA技术的更高层次范畴。课题背景与意义在我们日常生活中，以及一些科学研究中，正弦波和方波、三角波是常用的基本测试信号。此外，如在电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制,对于三角波，方波同样有着不可忽视的作用，而函数发生器是指一般能自动产生方波、正弦波、三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此函数发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具，此次课程设计就要设计一种能产生方波的函数放生器。课程设计说明书NO.2沈阳大学一、设计任务和要求1、设计任务1﹚设计制作一台能产生方波的波形发生器。2﹚学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。2、设计要求1）信号频率f：100Hz～1000Hz（实现频率连续可调）2）输出电压幅度：2V≤PV二、方案分析与选择方案（一）：采用锁相环式频率合成器优点：利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化缺点：但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率相信都很难控制方案（二）：利用MAX038芯片设计信号发生器优点：频率高、精度好，占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，且频率失真较小缺点：设计方法复杂，不容易实现，而且对其它器件的要求也很高方案（三）：由分立元件构成信号放生器优点：价格比芯片实惠，结构简单，容易实现缺点：精较低确度综合分析比较上述三种方法，本课程设计采用方案三。课程设计说明书NO.3沈阳大学三、方案论证与原理图绘制1、方波信号发生器原理图图一方波发生电路2、设计方案框图3、器件选择与参数计算1）输出电压幅值由题目要求2V≤Vp，所以稳压管VD1、VD2均选Vz=4.7V,采用1N4732稳压管2）电容C为使电路输出受频率影响较小的理想矩形波信号，电容C取值不宜过小，取C=0.02μF3）运算放大器A同时为简化电路结构，可选用集成运放741，其电压转换速率SR=0.5V／μS。4）电阻1R、2R、3R反馈电阻2R不宜过大或过小，取2R=20K。同时令1R=20K，3R=1K5）电阻R据原理图，方波震荡周期计算如下：滞回比较器RC充放电回路方波发生器课程设计说明书NO.4沈阳大学电容放电的过程中,电容两端电压CU从ZURRR211下降至ZURRR211所需的时间等于2T,而电容放电时,CU的表达式为(∞)+U(∞)]e)-U((t)=[UUCτT-CCC0其中ZCURRRU211)0(ZCU(∞)U-=RC代入上面CU表达式，得ZRCZZCUUURRRU-e)()t(t211当t=T/2时,（t）UC=ZURRR211-，将此二值代入上式，可得ZURRR211-=ZRCZZUUURRR-e)(t211根据此式可解得矩形波的振荡周期为）RR（RCT2121ln2由题干要求频率连续可调，所以将电阻R分解为4R+WR其中4R为定值电阻，WR为可变电阻，电路图如下：图2频率可调方波发生电路课程设计说明书NO.5沈阳大学当信号频率f在100Hz～1000Hz之间，1R=20K，3R=1K，2R=20K，C=0.02μF时，由）RR（RCT2121ln2/fT1可求得电阻4R=22756WR=2048064R+WR=227562数值较大，对方形波振荡电路输出信号的影响较小，符合要求。4、器件列表：表1频率可调方波发生电路元件列表名称标号参数（型号）数量电阻1RK201个2RK201个3RK11个4R227561个WR2048061个电容CC=0.02μF1个稳压管1D、2D1N4732A2个集成运放A7411个5、绘制频率可调方波发生电路原理图1）打开Multisim11.0界面2）放置器件及相应虚拟仪器：a．元件放置：运算放大器A：工作区内单击右键，选择placecomponent—Analog—Selectallfamilies—741放置运算放大器电源电压VCC、VEE：工作区内单击右键placecomponent—SOURCES—POWERSOURCES—VCC，同理放置VEE，依次双击修改参数为15V、-15V电容C：Placecomponent—Basic—CAPACITOR—0.02μF课程设计说明书NO.6沈阳大学定值电阻R：Placecomponent—Basic—RESISTOR—250将定值电阻R复制3个，依次双击更改标签为1R、2R、3R、4R参数修改为K20、K20、K1、22756电位器WR：Placecomponent—Basic—POTENTIOMETER—1K双击修改标签为WR，参数修改为204806稳压管1D、2D：Placecomponent—Diodes—ZENER—1N4732A双击修改标签为1D、2D，对2D右键垂直镜像地线：placecomponent—SOURCES—POWERSOURCES—GROUND复制4个b．虚拟仪器放置：仿真—仪器—示波器仿真—仪器—频率计3）连接电路：摆放好元件位置后Crtl+shift+w，调出导线，依次进行连接4）最终电路原理图如下图3频率可调方波发生器电路课程设计说明书NO.7沈阳大学四、仿真结果与分析1当WR=0，理论值f=1000Hz，仿真值f=908.363Hz仿真结果如下图图4WR=0时输出端输出波形图5WR=0时输出端输出波频率课程设计说明书NO.8沈阳大学2、当WR=204806，理论值f=100Hz，仿真值f=98.5Hz仿真结果如下图图6WR=204806时输出端输出波形图7WR=204806时输出端输出波频率课程设计说明书NO.9沈阳大学误差分析：通过对方形波信号发生器进行理论分析，可知电路理论参数如下：方形波输出信号频率调节范围为100～1000Hz。仿真参数如下：方形波输出信号频率调节范围为98.5～908.363Hz理论参数与Multisim10仿真分析及应用电路测试结果略有不同，主要是由于电路中二极管的动态电阻以及稳压二极管的正向导通电压引起的误差。改善办法：通过更改4R，WR参数，将4R修改为20500，WR修改为203590仿真仿真结果如下图8WR=203590输出端输出波频率图9WR=0时输出端输出波频率由仿真结果，输出波频率f在100.003Hz～1001Hz，输出波频率范围得以改善课程设计说明书NO.10沈阳大学五、心得体会回顾这一个星期的课程设计的历程，其中曲折可谓一语难尽。在此期间我有过失落，也有过高涨。从开始时满腹激情到最后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的就是查阅了很多次设计书和指导书。因为堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我做本次课程设计的第二大收获。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。但最终这次课程设计还是顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师辛勤地指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我学也到很多实用的知识。最后，对在本次课程设计过程中给过我帮助的指导老师和所有同学表示忠心的感谢！六、参考文献[1]清华大学电子学教研室组编,杨素行主编:(模拟电子技术简明教程)(第三版),北京,高等教育出版社2006[2]颜恒斌,张玉洁.探讨MultiSim仿真软件在电工实验中的应用[J].科技信息(学术研究),2008,(26)[3]北方交通大学,冯民昌主编:[模拟集成电路系统](第2版)北京中国铁道出版社1998[4]林春方．电子线路学习指导与实训[M]．北京，电子工业出版社，2004：179.