模电课程设计.doc

江汉大学模拟电子技术课程设计说明书 题 目: 正弦波三角波方波发生器设计 姓 名: 王思韬 专 业: 测控技术与仪器 班 级: 测控091 学 号： 200907202109 2010年 6 月 9 日目录1设计的目的及任务（3）11 课程设计的目的（3）12 课程设计的任务与要求（3）13 课程设计的技术指标（3）2 总体电路设计方案（4）2.1 正弦波发生电路的工作原理（4）2.2 方波发生器电路的工作原理（5）2.3 方波转换成三角波电路的工作原理（7） 3单元电路设计（8）3.1 正弦波发生电路的设计（9）3.2方波发生器电路的设计（10）3.3 方波三角波电路的设计（11） 4 收获体会（12） 5 参考文献（13）一 设计的目的及任务1课程设计的目的： 1掌握电子系统的一般设计方法2掌握常用元器件的识别和测试3熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法4提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。2课程设计任务与要求： 1.设计一个能产生正弦波、方波、三角波信号发生器， 2能同时输出一定频率一定幅度的3种波形：正弦波、和三角波；3可以用12V或15V直流稳压电源供电；3 课程设计的技术指标： 1设计、组装、调试函数发生器2输出波形：正弦波、方波、三角波；3频率范围 ：在1010000Hz范围内可调 ；4输出电压：方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V。二 电路实验原理1正弦波发生电路的工作原理:产生正弦振荡的条件:正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。正弦波振荡电路的组成判断及分类：（1） 放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值，实现自由控制。（2） 选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。（3） 正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。（4） 稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。 判断电路是否振荡。方法是： （1）是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡 （2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适； （3） 是否满足幅度条件正弦波振荡电路检验，若： (1) 则不可能振荡； (2) 振荡，但输出波形明显失真； (3) 产生振荡。振荡稳定后。此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小 分类： 按选频网络的元件类型，把正先振荡电路分为：RC正弦波振荡电路；LC正弦波振荡电路；石英晶体正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路 常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。 串并联网络在此作为选频和反馈网络。它的电路图如图（1）所示： 它的起振条件为： 。它的振荡频率为： 它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为： 。石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。2 正弦波转换方波电路的工作原理: 在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UOUZ。集成运放反相输人端电位UPUI同相输入端电位令UN=UP求出的uI就是阀值电压，因此得出本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如下图所示： 正弦波传输特性3 方波转换成三角波电路的工作原理： 当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：三 单元电路设计总体方案设计 1）设计思路 波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。 用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出，用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出； 利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出； 用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；2）原理框图 多种波形发生器原理框图所示。 文氏桥振荡器(RC串并联正弦波振荡器)产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率f0=l/(2RC)，改变RC的数值，可得到不同频率的正弦波信号输出。为了使输出电压稳定，须采用稳幅措施。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。电路设计方案1 正弦波发生电路的设计 本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示图RC桥式正弦波振荡器其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率 起振的幅值条件 2 式中RfRWR2（R3 / rD），rD 二极管正向导通电阻。调整反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小Rf。改变选频网络的参数C或 R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。2方波电路的设计 其电路原理如下图所示 图方波发生器由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。图11-2所示为由滞回比较器及简单RC 积分电路组成的方波三角波发生器。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。电路振荡频率 式中R1R1RW R2R2RW 方波输出幅值 UomUZ三角波输出幅值调节电位器RW（即改变R2R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节。3、 三角波和方波发生器 图三角波方波发生器 如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图113 所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图114为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。电路振荡频率 方波幅值 UomUZ三角波幅值 调节RW可以改变振荡频率，改变比值可调节三角波的幅值。图114方波、三角波发生器输出波形图四 收获体会本次试验是我第一次亲身体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，个人感觉收获很大。每当电路将要连接成功时，心情无比激动。但是初次的尝试次都没有得到成功，在我的不断努力、不断探索之后，终于将电路成功的连接并调试出来。本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简单多了。最后将每个单元电路连接起来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。这种设计电路的思想在设计大型电路时尤为突出，每个工程师只需要负责自己的一块电路，然后汇总就行了！ 本次设计中遇到