函数信号发生器课程设计.doc

模拟电路课程设计报告 中原工学院 （2012年6月24日） 目录1、 课程设计的任务、要求及步骤2、 设计方案的选择3、 电路设计主要的技术指标4、 函数信号发生器电路原理分析5、 函数信号发生器元件参数的选择6、 函数信号发生器的安装和调试7、 课程设计的过程中遇到的问题及解决方法8、 课程设计的仿真9、 试验评价与问题分析10、 课程设计的心得和体会11、 附录姓 名学号班级学院电子信息学院题目函数信号发生器设 计 任 务设计一函数信号发生器，能输出方波和三角波两种波形1输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；2输出电压均为双极性；3输出阻抗均为50；4输出为方波时输出电压峰值为05v可调，输出信号频率为200hz 2khz可调。5输出为三角波时输出电压峰值为05v可调，输出信号频率为200hz 2khz可调。 时间进度18周 星期一布置设计方案，预设计。18周 星期二领设备、安装18周 星期三至周四安装、调试教师检查18周 星期五、六、日写设计报告原 始 参资 考料 文和 献主要电子技术基础（模拟部分）模拟电子技术课程设计指导书电子技术基础实验指导书一、课程设计的任务、要求及步骤1.设计任务a.输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；b.输出电压均为双极性；c.输出阻抗均为50；d输出为方波时输出电压峰值为05v可调，输出信号频率为200hz 2khz可调。e输出为三角波时输出电压峰值为05v可调，输出信号频率为200hz 2khz可调。 2. 设计要求a. 电路原理图绘制正确（或仿真电路图）；b. 掌握ewb仿真软件的使用和电路测试方法；c. 电路仿真达到技术指标。d. 完成实际电路，掌握电路的指标测试方法；e. 实际电路达到技术指标。f. 原理图（草图）要清楚，标注元件参数g. 正式原理图、接线图： a4打印ewb画图。h. 要求用统一格式封面；i. 使用中原工学院课程设计报告专用纸。j. 图要顶天立地，均匀分布，合理布局3、 设计步骤a. 原理了解，清楚设计内容。 b. 原理及连线图绘制，仿真结果正确。 c. 安装实际电路。 d. 调试，功能实现。 e. 教师检查及答辩。 f.完成设计报告。2、 设计方案的选择函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与二阶低通滤波器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器3、 电路设计主要的技术指标1. 输出为方波和三角形两种波形，用开关切换输出；2. 输出电压均为双极性；3. 输出阻抗均为504. 输出为方波时输出电压峰值为05v可调，输出信号频率为200hz2khz可调。5. 输出为三角波时输出电压峰值为05v可调，输出信号频率为200hz2khz可调。4、 函数信号发生器电路原理分析方波产生电路原理图如下：原理分析： 此电路由反相输入的滞回比较器和rc电路组成。rc回路即作为迟滞环节，又作为反馈网络，通过rc冲、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通过电阻对电容c正向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位n 随时间的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，un趋于+uz；但是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对电容反相充电，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=-uz再减小，uo就从-uz跃变为+uz，uo从-ut跃变为+ut，电容又开是正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。三角波发生器的原理图如下：在三角波信号发生器电路原理上增加了一级放大器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗阻抗为50.工作原理：如图所示，在电路的左边为同相滞回比较器，右边为积分运算电路。同相滞回比较器的输出高低电平分别为uoh=+uz，uol=-uz积分运算电路的输出电压uo作为输入电压，a1同乡输入端的电位up1=uo1r1/(r1+r2+r6)+uo(r2+r6)/(r1+r2+r6)令up1=un1=0，并将uo1=uz带入得ut=uzr1/(r2+r6)电路的振荡原理合闸通电，通常c 上电压为0。设uo1 up1 uo1，直至uo1 uz；积分电路反向积分，t uo，一旦uo过 ut ，uo1从 uz跃变为 uz。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。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为uo1/(r3+r7)，使得u0在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。主要参数估算：1振荡幅值在如图所示的三角波方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压，所以三角波的幅值为uom=ut=uzr1/r2因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以uoh=+uz，uol=uz2 振荡周期在图3中，在振荡的二分之一周期内，起始值为ut，终了值为+utut=uzt/21/r3c-ut得到t=4r1(r3+r7)c/(r2+r6)积分器的输出uo=1/（r3+r7）uo1dtuo1=+vcc时，uo2=（+vcc）t/(r3+r7)c1可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。图4 方波三角波的波形变换比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波三角波，三角波的幅度为uo2=vccr1/(r3+r7)方波三角波的频率为 f= (r2+r6)/4r1(r3+r7)所以有以下结论：1.电位器r7在调节方波三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度，若要求输出频率的范围较宽，可用c1改变频率的范围，r7实现频率微调。2.方波的输出幅度应等于电源电压+vcc,三角波的输出幅度应不超过电源电压+vcc,电位器rf2可实现幅度微调，但会影响方波三角波的频率。五、方波三角波函数信号发生器元件参数的选择1、方波信号发生器元器件及参数的选择a. 运算放大器的选择根据指标要求，主要采取双电源、通用、无需调零型运放，可选择741，在这次设计里选择的是358.b. 电源电压的选择：选择电源电压15v左右。c. 稳压二极管的选择：考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值约为10v的稳压管，例如1n4007等。d. 频率参数的选择：输出信号的频率为2002khz可调，决定信号频率的元件为rf1、rf2、c、r2、r1.可取r1/r1+r2 =0.47则f=1/2(rf1+rf2)c,即得r1=4.7k,r2=5.1k电容可取1uf以下的，rf可以取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择rf2为电位器。rf2最小时，应有f=1/2rfc=1/2rf1c=2000hz,rf2最大时，应该有f=1/2rfc=1/2(rf1+rf2)c=200hz。若取c=0.033uf,计算出rf1=7.6k,rf2=68.4k。e. 幅度参数选择：输出信号的幅度为05v可调，决定信号的幅度元件为r4、r5的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10v，所以要使r5是r4的一半，达到降压的目的，选择r4=10k,r5=4.7k的电位器。2、三角波信号发生器元器件及参数的选择a.运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择同方波发生器的选择相同b.频率参数的选择：输出信号的频率为200-2khz可调，决定信号频率元件为r7、 r4、c、r1、 r2。f=r2/4r1(r4+r7)c可取r1/r2=1则f=1/4(r4+r7)c。取r1=10k，r2=10k,则u0m=uz，电容可取1uf以下的，r4+r7可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择r7为电位器。r7最小时f=1/4r4c=2000hz, r7最大时，应有f=1/4(r4+r7)c =200hz.若取c=0.033uf，计算出r7=72.8k，r4=3.3k。c.幅度参数选择：输出信号的幅度为05v可调，决定信号幅度的元件为r8、r9的参数。由于输出稳压管的电压幅度为10v，所以r9是r8的一半，达到降压的目的，选择r8=10k，r9=4.7k的电位器。六、方波三角波函数信号发生器的安装和调试1. 安装a.将358集成块插入插槽，注意布局。b.分别把各电阻放在合适的位置尤其注意电位器的结法。c.按图连线，注意直流源的正负及接地端。2. 调试方波三角波产生电路a.接入电源后用示波器进行观察b.调节rf2观察方波频率变化情况，调节r5观察方波的幅值，使幅值达到规定的数值。c.调节r7观察三角波频率变化，调节r9观察幅值变化，使之达到规定数值。3. 记录调试数值方波：调节电位器rf5在示波器上读取测量f（最小值）=195hz.f（最大值）=1950hz。幅值=4.8v。三角波：调节电位器r7在示波器上读取f（最小值）=190hz,f（最大值）=1980hz在实验读取误差允许的范围内，符合实验要求。七、课程设计中遇到的问题及解决方法1. 排版时因为两个741在一起，使设计的图与现实的连接图有一些不一样，排版需要重新画出连接图；2. 排版时器件不是太挤就是太宽，导致不好焊接。这个我想是因为我们是第一次做所以没经验，相信下次排版一定不会出现这种问题；3. 焊接时器件不好固定，在焊时容易掉。因此焊接时先焊高度比较低的仪器，如电阻等；焊接时由于没有经验，也为了方便，我们在板的背面用了好多引脚，而不是只用电线再正面，导致板面很美观，今后焊接一定会注意到这点8、 方波三角波产生电路的仿真方波电路图如下：三角波电路图如下方波三角波总电路原理图如下方波仿真图：三角波仿真图：pcb封装图：九、实验评价与问题分析1、理论知识掌握尚不牢固由于对模拟电子技术课程的学习不扎实，导致了在对课程设计函数发生器原理的理解上存在困难。例如不能弄清楚部分电阻与电容在电路中的所起的作用。另外由于知识面较窄，有部分元件的工作原理未能够理解。由于对安全知识的缺乏，本次实验过程，还存在对调试重要性认识不够的问题。我们在制作完成函数信号发生器后，没有进行检查。2、缺乏锻炼，焊接技艺不娴熟由于我们平时基本未能够接触到焊接，所以在本次实验中显得经验不足。存在了电烙铁操作不正确，焊接过程浪费了较多焊锡，元件焊接不美观等问题。焊接过程中电烙铁多次碰到了电线、塑料等易燃品，所幸发现及时，未损坏物品，未造成危险；剪引脚时方法不正确导致剪断的引脚射出。3、课题设计时的参数选择不当，有些电阻过大或是过小，造成了结果的偏差；4、所领的元器件跟仿真时的的参数不完全相同，元器件的标称值与实际的不符；5、所用的仪器和所处的环境对课题结果有干扰；6所有的元器件都是用电烙铁给烙上去的，在烙的时候温度会上升会影响电路的性能；7、 自己的焊接技术不好，在工艺上无形的改变了某些参数，对电路造成了许多的影响。8、问题的解决：在动手制作之前，应当详细复习相关知识，了解用函数发生器的工作原理，认真学习焊接技巧。实验前做好实验计划，提高工作效率。务必注意重视制作过程中的安全问题，电烙铁温度较高不可触碰到电线，因此在进行焊接之前应当整理好桌面。十、课程设计的心得和体会“实践是检验一切真理的唯一标准”，我想这句话不仅仅在中国社会主义建设上是正确的，也是同样适用于学习的过程。模拟电子技术是和我们日常生活关系相当密切的，在这学期学习完成该课程后，我便了解到了其对用电器的重要性。同时，我们也渴望将自己所学的知识运用到现实生活中，渴望拥有自己制作的用电器，渴望成功之后的喜悦。当然，最重要的是自己动手制作可以让我们更透彻地掌握课本的知识，提高我们的动手能力 通过本次课程，我了解到了自己在理论知识方面的许多不足。对于课本的知识点，只是表面的认知，并不能够运用自如。其次，自己动手能力差，未能娴熟掌握焊接技巧。通过此次课程，我也充分认识到了安全问题的重要性。此外，在此次课程中，让我感受最深的一句话是：好的计划是成功的一半。如果我不做任何计划便开始动手的话，工作起来效率较低。这次课程，不但是一次学习知识的机会，更是一次多方面提高自我素质的机会。我学会了如何提高效率和搭档进行分工合作。一个个的非知识性问题摆在了我的面前。这些我们从课本是学不到的，但对于我们自身来讲确是相当重要的。总之这次的实习让我受益匪浅！11、 附录参考资料1. 电子技术基础（模拟部分） 康华光 高等教育出版社2. 模拟电子技术基础 童诗白 华成英 高等教育出版社3. 模拟电子技术课程设计 电气工程系 中原工学院电子电工教研室4. 电子线路课