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模拟电子技术课程设计-函数信号发生器的设计.doc

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模拟电子技术课程设计-函数信号发生器的设计.doc

1电子信息工程学院课程设计(模拟电子技术基础)题目学生姓名学号专业名称指导教师2008年12月2目录1、摘要32、前言33、任务设计书34、设计方案比较45、电路原理56、调试57、结论68、参考文献63函数信号发生器的设计1、摘要需要产生各种波形,矩形波,正弦波,三角波,要求频率范围10HZ100HZ,100HZ1KHZ,1KHZ10KHZ都能达到。产生的方法主要利用运算放大器或专用的模拟集成电路,配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号发生器。关键词运算放大器;振荡;波形;调试2、前言在一些模拟电子电路中,常常需要各种波形的信号,如正弦波、三角波、方波等,作为测试信号或控制信号,为了使所采集的信号能够用于测量、控制、驱动负载等,常常需要将信号进行变换设计一个能发生三种常见波形的电路,是以模拟电子技术为基础的一门综合课程设计。设计的函数信号发生器主要运用了波形的产生的条件和信号的转换的相关知识,比较典型的波形产生电路如RC文氏电桥振荡器等,以及典型的波形转换电路如迟滞比较器(正弦波方波)、积分器(方波三角波)以及比较器(方波)、积分器(三角波)、差分放大(正弦波)构成的组合电路,这次设计只是初步了解波形的产生过程和波形之间的转换,并没有做深入的研究。下面主要针对这两种电路进行分析,选择搭建电路。3、设计任务书设计任务与要求1)正弦波三角波方波发生器2)安排调试测量试验结果3)写出完整的设计及实验调试总结报告技术指标1)频率范围10HZ100HZ,100HZ1KHZ,1KHZ10KHZ2)频率控制方式通过改变RC时间常数手控信号频率3)输出电压正弦波峰峰值3V,连续可调三角波峰峰值5V,连续可调方波峰峰值14V,连续可调4)波形特征正弦波谐波失真小于3三角波非线性失真小于1方波上升时间小于2US5)扩展部分功率输出矩形波波形占空比5095连续可调锯齿波斜率连续可调44、设计方案比较方案一V4V7C20033UR15312D1100KR12312D20V7V7R110KU33274615VVOUTOS1OS2V7R7100KV212VDCR916KU13274615VVOUTOS1OS2R610KD5C30033UR1151KV4U23274615VVOUTOS1OS2100KR1431200R325R13100MEG0V112VDC0R5100KVV40D4V4C110UR1051KRC桥式正弦波振荡器迟滞比较器积分器方案二差分放大器S1S212V10KU23274615VVOUTOS1OS212V20K10010U20KU51K2K12V68K470UU13274615VVOUTOS1OS201UV1220K10012V47K12V47KU470U10K10K2K68K8K1US470U100K比较器积分器产生正弦波产生方波产生三角波调频调幅产生方波产生三角波产生正弦波55、电路原理下面对以上两方案进行分析,并得出所要选择的方案方案一本方案的电路图由RC文氏电桥振荡器、迟滞比较器、积分器三部分组成。在之前的实验课上,我们做过“波形产生电路”中“RC文氏电桥振荡器”这个实验,而在本实验之后有一个“方波三角波产生器”实验,所以很自然想到将两个电路合二为一,于是便得到如上图一的电路。本方案的思想为首先由RC文氏电桥振荡器产生正弦波,然后通过迟滞器变换成方波,最后再经由积分器变换获得三角波输出;其中由三个100K的滑动变阻器构成本电路的可调部分,分别为上图中的R12(调节正弦波的幅值),R14及R15(调节方波及三角波的幅值与频率),经由PSPICE模拟,对课本上几处阻值进行了改动,主要是R13,通过模拟发现此处阻值过小则会导致后面的方波与三角波的波形不稳定,发现将其阻值取到92K左右时,输出波形非常稳定,所以在电路的实际搭接中,将R13取为100K。本方案优点组成简便;所需元器件数量少;便于调试;本方案主要由运算放大器组成,所以输出波形非常稳定。本方案缺点这个方案最大的败笔在于正弦波的频率不可调,正如张老师说的,在选频网络处若有一个可调电阻,这个电路就基本上没什么瑕疵,只需要合理调节电阻的阻值便可。方案二本方案的电路图由迟滞比较器、积分器、差分放大器三部分组成。在本次的课程设计中,最初我选用的便是方案二,怎么说呢,方案二从理论上来讲要比方案一要好调节相应的电位器以调整方波三角波的输出频率时,对输出波形的幅度影响不大,并且输出频率范围较宽,可以通过改变电容实现频率范围,同时亦可以实现幅度微调,且不会影响方波三角波的频率,然后再利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。但是在实际操作过程中,我们会发现由于采用了过多的三极管(用于差分放大及构成恒流源)、电容(主要有两方面的作用,隔直电容及滤波电容),并且由于没有加稳压管,不稳定因素较多,结果导致输出波形不太理想。本方案优点相较于方案一,本方案在各个指标的可调节性上要相对好一些。本方案缺点不易调节,方波幅值调节范围不大。经过以上分析及实际操作,最终采用的是方案一。66调试及实验数据1、输出波形及实物电路正弦波波形方波波形三角波波形实物电路图2、测量的数据波类型选用电容频率可调范围输出电压最大峰峰值正弦波200PF97KHZ(不可调)43V0033UF12KHZ(不可调)30V方波01UF2HZ366HZ14V三角波01UF144HZ167KHZ48V3、实验过程产生的问题及解决方法本次课程设计我依靠的核心是通过PSPICE的模拟分析得出各处电阻的最佳值,首先在PSPICE上模拟出波形及所需达到的各项指标,最后一步才是到实验室进行电路的搭接,在采用方案二时出了不少问题,通过更换三极管和电容,及不但的检查电路,最后波形还是基本出现了,只是仍然不太理想,换用方案一后,7十分顺利,只是因为没有连调电阻,正弦波的频率依然不可调节,对此感到非常的遗憾。7、结论该方案能够顺利产生正弦波、方波、三角波,并能够达到部分指标要求,不过正弦波的频率不能实现连续可调。本次的课程设计由于是安排在学期末,所以一直都有些慌乱的感觉,导致许多不足之处都马马虎虎的放过去了,但回顾整个实验过程,仍然学会了很多东西,加强了独立分析并解决问题的能力,也加深了对于一些电路原理的理解。8、参考文献1、模拟电子技术基础(第四版)主编华成英童诗白高等教育出版社2、电子技术基础实验(第二版)主编陈大钦高等教育出版社

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