模电课程设计胡志斌.doc

江汉大学物理与信息工程学院课 程 设 计 报 告课题名称：方波三角波正弦波函数发生器设计 专 业：电子信息工程班 级：B08073011学 号： 200807301138学生姓名：胡志斌指导教师：张霞 年 月 日方波三角波正弦波函数发生器设计 一、设计目的：掌握科研任务的调研方法，熟悉查阅文献资料，学习应用电子电路理论知识进行系统设计方案论证，掌握相关电路的设计和计算方法，完成具体电路的设计和相关计算。完成对系统所用元器件的挑选和检测，完成电路的焊接组装，完成电路的单元调试。掌握整机调试方法，掌握相关技术指标的测量方法，研究有关技术指标的调整技术。设计要求： 掌握方波三角波正弦波函数发生器设计的设计方法与测试技术。了解单片集成函数发生器8038的工作原理与应用，学会安装与调试由分离元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 二、设计方案及原理说明方案一：用单片集成芯片做函数信号发生器，所选芯片为ICL8038。内部框图如下图所示：它由恒流源I1 和I2、电压比较器A 和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。外接电容C 由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B 的阈值分别为电源电压（指UCCUEE）的2/3 和1/3。恒流源I1 和I2 的大小可通过外接电阻调节，但必须I2I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2 断开，恒流源I1 给 C 充电，它的两端电压uC 随时间线性上升，当uC 达到电源电压的2/3 时，电压比较器A 的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2 接通，由于I2I1（设I22I1），恒流源I2 将电流2I1 加到C 上反充电，相当于C 由一个净电流I 放电，C 两端的电压uC 又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3 时，电压比较器B 的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源I2 断开，I1 再给 C 充电，如此周而复始，产生振荡。若调整电路，使I22I1，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚输出方波信号。C 上的电压uC， 上升与下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚输出。 ICL8038组成的音频函数发生器如下图所示。按如图所示连接即可获得相应的波形。方案二：用分立元件设计一个方波三角波正弦波函数发生器函数发生器的原理框图一、各部分的工作原理1 方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。电路通过对C1的充放电来改变运放正相输入端的电压值，从而产生方波。方波发生器 反相输入的滞回比较器输入-输出特性 2三角工作原理积分电路可得三角波3方波-三角波转换电路的工作原理方波-三角波转换电路是将方波和三角波产生电路相结合，方波通过积分电路产生三角波，三角波又通过滞回比较器，产生方波，如此往复循环。工作原理如下：设稳压二极管的稳压值为Vz运算发大器U1与R1、R2及R3组成电压比较器。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Ui，比较器的输出Uo1的高电平等于Vz，低电平等于负电源电压-Vz, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平,或者从低电平跳到高电平。设Uo1=+Vz,则 +=0,时翻转即Ui=-因此有上门限电压VT+= 下门限电压为VT-=-比较器的门限宽度Vto=2 由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图所示运放U2与R4、C1及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为时，时，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。a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为方波-三角波的频率f为由以上两式可以得到以下结论：电位器R5在调整方波-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，R5实现频率微调。方波的输出幅度应等于Vz。三角波的输出幅度应不超过电源电压Vz。电位器R5可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。4 三角波-正弦波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，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。分析表明，传输特性曲线的表达式为： 式中差分放大器的恒定电流；温度的电压当量，当室温为25oc时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图为实现三角波正弦波变换的电路。其中R14调节三角波的幅度，R15调整电路的对称性，其并联电阻R10用来减小差分放大器的线性区。电容C5,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。 三角波正弦波变换电路二、电路的参数选择及计算 .1 方波-三角波中电容C1变化 .由于三角波的峰峰值为6v，则取稳压二极管的稳压值在6v左右，同时取R1=10k,R2=20k,R3=2k.C1取小一点，可以的到较高的频率，取为C1=0.22uf，根据C1值，分别取R5=100k,R4=4.7k.2 三角波-正弦波部分综合考虑9013的参数以及静态工作点和1V正弦波的输出，选取工作电流为1mA左右，则可取R6=R8=5.1k,R7=R9=10k,R11=R12=2k,R13=7.5k.三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C2、C3、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容C4视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，C4可取得较小，C4一般为几十皮法至0.1微法。R10=1k欧与R15=1k欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整R15及电阻R13确定。.3 总电路图 三、实验结果如下：三角波-正弦波转换电路的仿真。当产生标准正弦波是 Rp3的滑线接头处于15%的位置。产生的三角波-正弦波如上图所示。三角波电路仿真方波-三角波电路的仿真四、电路的安装与调试1方波-三角波发生电路的安装与调试1.按装方波三角波产生电路1. 把两块741集成块插入，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端。2.调试方波三角波产生电路1. 接入电源后，用示波器进行双踪观察；2. 调节R5，微调波形的频率；3. 观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。2三角波-正弦波转换电路的安装与调试1.按装三角波正弦波变换电路1. 接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；2. 搭生成直流源电路，注意R15的阻值选取；3. 接入各电容及电位器；4. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。2.调试三角波正弦波变换电路1. 接入直流源后，把C3接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2. 测试三极管两集电极的电压值，当不相等时调节R15使其相等；3. 在C3端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压Uid=50mV，Fi =100Hz，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压Um；4. R14与C3连接，调节R14使三角波俄 输出幅度经R14等于Um值，这时Uo3的输出波形应接近正弦波.仪器仪表清单：1元件清单运放ua741 2三极管9013 4稳压管2D