模电课设函数发生器的设计 精品.docx

题 目: 函数发生器设计1 方案设计选择1.1 方案一首先通过RC正弦波产生电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然后通过电压比较器将正弦信号转换成同频率的方波信号、通过积分器将方波信号转换成同频率的三角波。最后，接调幅网络后即可输出幅度、频率可调的正弦、方波、三角波信号。图1-1方案一原理框图1.2 方案二用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差分放大器，作为三角波正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率，将正弦波用比较器进行比较产生方波，调节比较电位，使得方波的占空比可以改变。1.3 结论比较以上两种种方案的优缺点，方案二简洁精确性高，抗干扰能力强，能完全达到设计要求，同时符合本次课程设计的要求，故采用第二种方案。2 函数发生器电路设计及原理2.1函数发生器的总体原理函数发生器主要产生三种波，即正弦波、方波、三角波。首先产生方波三角波，再将三角波变成正弦波。由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。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。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。2.2原理框图 函数发生器的总原理框图如图2-1所示。图2-13 各组成部分的工作原理和电路设计3.1方波-三角波电路及工作原理如图3.1.1所示，电路能自动产生方波、三角波。电路工作原理如下:运放与、与，组成电压比较器，称为平衡电阻，称为加速电容，可加速比较器的翻转。图3-1 实际方波-三角波仿真电路由可得比较器的两个门限电压：；由此可得电压比较器的传输特性，如图3.1.2所示 图3-2 电压比较器的电压传输特性曲线运放与、及组成反相积分器，其输入信号为方波时，则输出积分器的电压为当时，当时，可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图3.3所示： 图3-3 方波-三角波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-三角波的频率为由上分析可知： 位器RP2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。方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。当时，取；当时，取；当时，取。3.2 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（如图3-4所示）主要由差分放大电路来完成。图3-4三角波正弦波变换电路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3-5可见：图3-5（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2） 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3） 图为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,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。图3-6三角波正弦波仿真电路3.3电路的参数选择及计算1.方波-三角波中电容C1变化（关键性变化之一）实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。2.三角波-正弦波部分比较器A1与积分器A2的元件计算如下。由式（3-61）得即取 ，则，取 ，RP1为47K的电位器。区平衡电阻由式（3-62）即当时，取，则，取，为100K电位器。当时 ，取以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=100欧与RP4=100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RP4及电阻R*确定。3.4 总电路图图3-7 总仿真电路图4 电路的仿真4.1 方波电路的仿真如图4-1为方波仿真波形图4-14.2 三角波电路的仿真如图4-2为三角波仿真波形图4-24.3 正弦波电路的仿真如图4- 3为正弦波仿真波形图4-34.4仿真结果分析 信号频率可通过电位器5来改变，起调节频率范围满足10Hz10kHz的范围要求。方波的幅值可通过电位器R18实现调节，调节范围0V15V，满足要求；三角波信号的幅值可通过R6实现调节，调节范围0V6.2V；正弦波信号幅值可通过R8和R14实现调节，调节范围0V3.7V；方波三角波波形稳定，不失真，正弦波波形易失真，需要耐心调节，主要有以下三种失真： a.钟形失真 ：传输特性曲线的 线性区太宽。 b.半波圆定或平顶失真：传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻. c.非线性失真 ：三角波传输特性区线性度 差引起的失真，主要是受到运放的影响。可在输出端加滤波网络改善输出波形。5 实物电路的安装与调试5.1电路的焊接 按照电路图合理布局，将原件焊接在合适的位置，然后细心对照电路图画出焊接图开始走锡。针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。对于接不通的线可以适当选择在实验板后面合理布线。 5.2调试中遇到的问题及解决办法刚开始，正弦波的图像总是失真。解决方法：将正弦波与三角波发生电路间的连接断开，接入信号源，产生，的三角波输入，调节电位器使正弦波发生电路的线性工作区对称。5.3实物展示图5-1图5-26 心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。由于没有任何经验，设计电路图时无从下手，只知道方案却对细节一无所知。于是开始看书，上网去图书馆书城查资料。慢慢的思路就清晰起来，设计了几个电路图开始仿真，第一次使用Multisim又遇到了同样的问题，面对界面上的所有英文工具栏菜单栏茫然不知所措，于是又开始查资料请教同学.第一次仿真是总是出现错误，对照电路图看了半天找不出问题，于是开始怀疑电路的设计有问题，甚至怀疑这个软件有问题！最后终于发现是连线出了问题。仿真入门之后开始对电路的参数进行调试，不断的改变原件参数，计算分析使之符合要求。调试期间遇到很多问题，有的问题搞了一整天都没解决。期间种种问题在此不再一一赘述。通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加