模拟电子电路课程设计波形发生器的设计.doc

模拟电子电路课程设计任务书 适用专业：测控专业 设计周期：一周一、设计题目：波形发生器的设计产生正弦波方波三角波函数转换器二、设计目的 1、 研究正弦波等振荡电路的振荡条件。 2、 学习波形产生、变换电路的应用及设计方法以及主要电路指标的测试方法。 3、 设计要求及主要电路指标 设计要求：设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。1、方案论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要电路指标 1、 正弦波信号源：信号频率范围20Hz20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调；2、 各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；3、 设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。四、仿真需要的主要电子元器件 1、运算放大电路 2、滑线变阻器 3、电阻器、电容器等 5、 设计报告总结1、 对所测结果（如：输出频率的上限和下限，输出电压的范围等）进行全面分析，总结振 荡电路的振荡条件、波形稳定等的条件。 2、 分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。 3、 给出完整的电路仿真图 。4、 体会与收获。六、参考文献2、陈大钦主编电子电路基础实验电子电路实验设计仿真北京：高等教育出版社，20003、高吉祥主编电子电路基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，20024、郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.20025、康华光主编.电子技术基础模拟部分（第五版）.北京：高等教育出版社，20106、/一、方案论证与比较1.1方案的提出方案一： 1、先由RC桥式振荡产生一个正弦波信号 2、把产生的正弦波通过一个电压比较器从而把正弦波转换成方波。 3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。方案二：1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。2、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。方案三：1、 先通过比较器产生方波2、 再通过积分器产生三角波3、 最后通过差分放大器形成正弦波。 1.2设计方案的论证和选择方案一： 选用RC桥式振荡电路，由放大电路和选频网络组成，电路设计简单，成本较低。方案二： 通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频 率变化范围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102HZ、103HZ和104Hz 。因此不满足使用低通滤波的条件。方案三： 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时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。但是电路分析麻烦，电路相对方案一也复杂一点。 综上所述，我选择第一种方案。二、系统的功能及设计框图2.1 系统的全部功能、要求及技术指标全部功能：实现不同波形的输出，正弦波、方波、三角波。设计要求：设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。1、方案论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要电路指标 :1、正弦波信号源：信号频率范围20Hz20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围 内连续可调；2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。2.2确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案 波形发生器积分电路 迟滞比较器RC振荡电路图一 多种波形发生器框图2.3单元电路的分析与设计： 第一部分：RC桥式振荡电路产生正弦波 图二振荡电路的原理图如上图所示。其中集成运放A作为放大电路，它的选频网络是一个由R、C元件组成的串并联网络，RF和R支路引入一个负反馈。由图可见，串并联网络中的R1、C1和R2、C2以及负反馈支路中的RF和R正好组成一个电桥的四个臂，因此这种电路又称为文氏电桥振荡电路。一、RC串并联网络的选频特性当f=fo=1/2 RC时，Uf的幅值达到最大，等于U幅值的1/3，同时Uf与U同相。2、 振荡频率与起振条件1、 振荡频率 为了满足振荡的相位平衡条件，要求 A+F=2n。以上分析说明当f=fo时，串并联网络的F=0，如果在此频率下能使放大电路的A=2n，即放大电路的输出电压与输入电压同相，即可达到相位平衡条件。在图的RC串并联网络振荡电路原理图中，放大部分是集成运放，采用同相输入方式，则在中频范围内 A近似等于零。因此，电路在fo时A+F=0，而对于其他任何频率，则不满足振荡的相位平衡条件，所以电路的振荡频率为 2、起振条件 已经知道当f=fo时，|F|=1/3。为了满足振荡的幅度平衡条件，必须使|AF|1，由此可以求得振荡电路的起振条件为|A| 3 因同相比例运算电路的电压放大倍数为为了使|A|=Auf3，图所示振荡电路中负反馈支路的参数应满足以下关系:RF 2R 3、实际电路 对于实际操作中的电路如图五所示部分中的RC桥式振荡电路，通过示波器可以显示其产生正弦波。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R3、R12、R4及二极管元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R12，可以改变负反馈深度，以满振荡的振幅条件和改善波形。R13的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路振荡频率:f0=起振的幅值条件：Rf/R12(式中Rf=R12+R4+R13/rD),rD为二极管的正向导通电阻。第二部分：方波产生电路 图三通过迟滞比较器电路的学习，我们已经知道，当比较器的输入信号是具有一定幅度，而且连续变化的周期信号时候，在其输出端可得到与输入信号同频的方波（高电平与低电平时间相等）或矩形波（高电平与低电平时间不相等）信号。所以，将比较器输出信号通过网络反馈回来作为输入信号就可构成方波发生器。第三部分：三角波的输出原理电路上图各量表达式如下：当输入信号I为正时，输出与输入成负相关；当其为负时，输出与输入为正相关，从而输出三角波。三角波产生电路主要是积分电路的正向和反向充放电时间常数相等，即与锯齿波产生的差别。三、 系统仿真调试分析3.1软件仿真原理图（见附录1）3.2模拟仿真过程使用仿真软件Multisim ，将图五的仿真原理图画出，进行仿真，得到仿真结果（见附录2）3.3各项指标测试 此函数信号发生器能产生稳定的正弦波、三角波和方波，波形的频率和幅度都可以调节，且频率和幅度可调节范围大，频率可调范围为1001KHz。正弦波的失真度小，三角波的非线性很小，方波的占空比可以自己调节。此外，函数信号发生器的输出波形受到的干扰很小，波形非常稳定。以上设计的函数信号发生器需要进一步完善，在此电路中波形的频率无法显示，需要设计一个频率显示计用来显示频率。四、结语1、实验中碰到的难点和出现的问题、故障 （1）、电路不起振 对于这样一个闭环无输入电路，很多原因都可以使电路不起振。常见的故障原因为：1电路设计故障，比如参数选择不合适、极性不正确等；2连接线故障。 （2）、排查故障需注意问题 要准确、快速地查找出故障所在，需要注意以下几点：首先需要熟练掌握电路的工作原理，这是查找故障的前提；熟练掌握仪器使用方法。2、 心得体会 通过这一周对波形发生器的设计，我学会了如何使用Multisim软件对电路进行仿真测试，我深切体会到只有熟练的掌握了专业知识才能更好的指导我们的实践，使我们在实验中能够游刃有余。在设计过程中，因为自己的学识有限，不能完全凭借自己的力量设计出电路，所以我积极的查阅资料，图书馆，上网，书本，找寻合适的电路，设计最简单的电路设计，在不懂的地方积极向老师和同学请教。这次的课程设计终于在自己的努力修正中比较好的实现了仿真，波形的输出基本上符合要求，这让自己深刻的深刻的感受到，只要认真的去做一件事，一开始的难题总会在思考的过程中一点一点的解决的，天下无难事，只怕有心人。五、参考文献1.彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，20052.陈大钦主编电子技术基础实验电子电路实验设计仿真北京：高等教育出版社，20003.高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，20024郑步生