模电课程设计报告-函数信号发生器.doc

模拟电路课程设计报告（2012年6月24日）模电课程设计任务表姓 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目录一、题目二、课程设计的任务、要求及步骤三、设计方案的选择四、电路设计主要的技术指标五、信号发生器原理及分析六、函数信号发生器的安装和调试七、课程设计中遇到的问题八、方波三角波产生电路的仿真图及其他九、实验评价与问题分析十、心得体会十一、附录一、题目：函数信号发生器二、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。三、 设计方案的选择函数信号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四、 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。五、信号发生器原理及分析1、方波发生器（1）方波发生器原理图：（2）方波发生器电路图：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。2、三角波发生器（1）三角波发生器原理图：（2）三角波发生器电路图：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。原理分析：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。3.方波信号发生器元器件及参数选择（1）运算放大器：考虑双电源、通用、无需调零型运放。本次课程设计选择的是LM358。（2）电源电压：本次课程设计选择的电源电压为12V左右。实验中使用的是15V的双电源。 （3）稳压二极管：考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值为10V左右的稳压管，本次课程设计选择的是1N4047A。 （4）频率参数：输出信号的频率为200至2KHz可调，决定信号的频率的元件为Rf1、Rf2、C、R2、R1。 取R1(R1+R2)=0.47,则R1=4.7K,R2=5.1K.电容可取1uF以下的，Rf可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择Rf2为电位器。 取C=0.033uF，则Rf1=7.6K,Rf2=68.4K.（本次课程设计中使用型号为104的电位器代替Rf2）。（5）幅度参数：输出信号的幅度为0至5V可调，决定信号的幅度的元件为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为10K的电阻，R5为4.7K的电位器。本次课程设计中使用型号为502的电位器代替R5。4. 三角波信号发生器元器件及参数（1）运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择同方波信号发生器的选择相同。（2）频率参数：输出信号的频率为200至2KHz可调，决定信号的频率元件为R7、R4、C、R1、R2。取R1R2=1，则R1=10K,R2=10K。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。 取C=0.033uF，则R7=47K、R4=3.3K。本次课程设计使用型号为503的电位器代替R7。（3）幅度参数：输出信号的幅度为0至5V可调，决定信号的幅度的元件为R8、R9的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以要使R9是R8的一半，达到降压的目的，选择R8为10K的电阻，R9为4.7K的电位器。本次课程设计使用型号为502的电位器代替R9.六、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）=195.31HZ；f（最大值）=1940HZ；幅值=4.96v。三角波：调节电位器R7在示波器上读取f（最小值）=132HZ；f（最大值）=2170HZ；幅值=5.32V。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1. 特别注意对带有三个引脚的滑动变阻器的焊接，有一个引脚导出一根线，另外两个引脚焊接在一起导出一根线，这样变阻器就能连接在电路中正常工作了。2. 对电路板正反面走线的要求不同：板正面可走漆包线，板背面不可走漆包线。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。4.注意接地，否则影响电路板的安全性。5.注意输出信号的连接，否则将导致无法得到所要的波形。6、不能做到理论联系实际。八、 方波三角波产生电路的仿真图及其他方波三角波电路仿真图方波仿真波形图三角波仿真波形图PCB封装图焊接板图实验所得方波波形图实验所得三角波波形图九、实验评价与问题分析1、理论知识掌握不牢固课设过程中发现对一些知识点理解不够深刻，导致焊接时出现一些器件的焊接不清楚，同时对双电源连接方法的重要性认识不够等问题影响了课设进程。2、缺乏锻炼，焊接技艺不娴熟平时基本没有接触到焊接，所以在本次实验中显得经验不足，存在着电烙铁使用方法不正确，焊接过程中出现了浪费焊锡及元件焊接不美观等问题。焊接过程中虽未出现电烙铁碰到电线、塑料物品的现象，却由于不小心将手碰到了未冷却的烙铁但未造成危险，再者剪引脚时方法不正确导致剪断的引脚飞出。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、所用的仪器和所处的环境对课题结果有干扰；5、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；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。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、心得体会通过这次设计，在理论学习中，很少有机会能有实践的机会，对于即将毕业走上工作岗位走向社会的我而言，这不只是一次简单的设计那么简单。在不断研究设计的过程中，我有失败，但是我一遍遍重新计算，一次次不断调试，有不懂的时候不断查阅资料，诚恳向老师请教；我也有成功，在结果出来的时候无疑是欣喜的，当客服了一个个难题，解决了每一个疑问，都能让我开心好一阵。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 通过这次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，这毕竟第一次做的，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。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在此我表示感谢。不管怎么样，本篇毕业设计倾注了本人很大心血，完全是用心之作，不足之处尚有，但我还是很开心能亲自做出这么一次设计，这是对我整个大学的肯定，也是对自己和老师的回报。希望以后走上工作岗位，仍然能有做毕业设计的这种劲头去面对不同的困难。 函数发生器的课题不是过于复杂的设计，但是我用心去做了，它就是一篇能留下来让大家参考，让我自豪的设计！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. 电子线路课程设计 华永平 东南大学出版社5. 电