正弦波函数信号发生器.doc

题 目： 简易信号发生器的设计 课 程： 模拟电子技术 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 电信0802班 指导老师： 设 计 者： 学 号： 08400230235 组 员： 设计任务书一、 设计目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟IC器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4. 掌握用元器件的识别和测试 5. 掌握常用仪表，了解电路调试的基本方法二、 设计课题方波三角波正弦波函数信号发生器三、 设计要求A、电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；B、输出信号的频率要求可调；C、拟定测试方案和设计步骤；D、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；E、在面包板上或万能板上安装电路；F、测量输出信号的幅度和频率；H、写出设计性性报告。四、 主要技术指标 频率范围：100Hz-1KHz，1KHz-10KHz；输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，弦波VP-P=1V；方波T r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。2.4 总电路图由以上计算与分析，绘出总电路图图2-4-1三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。第3章 波形仿真与分析3.1 EWB软件简介EWB的全称为Electronics Workbench(电子工作台)，它提供了仿真实验和电路分析两种方针分析手段，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真实验、分析和设计。EWB是一种优秀而易学的EDA（即电子设计自动化）软件，与其它仿真分析软相比，EWB最显著的特点是提供了一个操作简便且与实际很相似的虚拟实验平台。它几乎能对“电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验（又称仿真实验），虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际方便、省时。它还能进行实际无法进行或不便进行的实验内容，例如观测短路、漏电和过载等非常情况的影响或后果等。通过存储和打印可精确记录其实验结果。它提供了十多种电路分析功能，能仿真电路的实际工作状态和性能。它与其它EDA软件具有较好的互通性，例如：与常用的电子电路分析软件Pspice元器件库兼容，电路可通过Spice网表文件相互转换，电路图可以常用印制电路板排版软件接受的格式输出。3.2波形仿真分析3.2.1 EWB 仿真波形图利用EWB软件分别对图2-2-1，图2-2-4，图2-4-1，进行EWB仿真测试与设计任务指标分析可得到如下波形： 图3-2-1 方波波形 图3-2-2 三角波波形 图3-2-3正弦波波形 图3-2-4 方波-三角波发生电路的仿真 图3-2-5 三角波-正弦波转换电路的仿真3.2.2 仿真数据方波三角波发生电路的仿真结果表3-1 方波、三角波实验数据表3-2 方波图形结果分析要求数据仿真结果 三角波正弦仿真测试结果表3-3 三角波、方波实验数据表3-4 波形转换电路的实验结果模拟仿真Ic1=Ic2=0.5mA第4章 电路的安装与调试4.1 检测电路前的调试实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。 4.1.2.调试前的检查电子安装完毕，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：（1） 连线是否正确 检查的方法通常有两种方法：a.按照电路图检查安装的线路 这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。b.按照实际线路来对照原理图电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。（2） 元器件的安装情况 检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。4.1.3调试方法与原则（1）通电观察 把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调试 交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：例如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。（1） 动态调试调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。4.1.4.调试中注意的事项为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点： （1）正确使用测量仪器的接地端（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。（3）仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。要正确选择测量点。（4）用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（5）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（6）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。4.2 方波-三角波发生电路的安装与调试4.2.1.按装方波三角波产生电路1. 把两块741集成块插入面包板，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。4.2.2.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RP1，使三角波的幅值满足指标要求；3. 调节RP2，微调波形的频率；4. 观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。4.3 三角波-正弦波转换电路的安装与调试4.3.1.按装三角波正弦波变换电路1. 在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；2. 搭生成直流源电路，注意R*的阻值选取；3. 接入各电容及电位器，注意C6的选取；4. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。4.3.2 调试三角波正弦波变换电路1. 接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2. 测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；3. 测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4. 在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压；4.3.3 总电路的安装与调试1. 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察2. 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。4.4 调试中遇到的问题及解决的方法方波-三角波-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的,在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。4.4.1方波-三角波发生器的装调由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，只要电路接线正确，上电后，UO1的输出为方波，UO2的输出为三角波，微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求有，调节RP2，则输出频率在对应波段内连续可变。4.4.2 三角波-正弦波变换电路的装调 电路的 调试步骤如下。（1）经电容C4输入差摸信号电压Uid=50v，Fi =100Hz正弦波。调节Rp4及电阻R*,是传输特性曲线对称。在逐渐增大Uid。直到传输特性曲线形状如图35所示，记 下次时对应的 Uid即Uidm值。移去信号源，再将C4左段接地，测量差份放大器的 静态工作点I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.(2) Rp3与C4连接，调节Rp3使三角波俄 输出幅度经Rp3等于Uidm值，这时Uo3的 输出波形应 接近 正弦波，调节C6大小可改善输出波形。如果Uo3的 波形出现如图41所示的 几种正弦波失真，则应调节和改善参数，产生是真的 原因及采取的措施有；1）钟形失真 如图（a）所示，传输特性曲线的 线性区太宽，应减小Re2。2）半波圆定或平顶失真 如图（b）所示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*.3）非线性失真 如图（C）所示，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。（3）性能指标测量与误差分析 1）放波输出电压2Vcc是因为运放输出极有PNP型两种晶体组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。2）方波的上升时间T，主要受预算放大器的限制。如果输出频率的 限制。可接俄加速电容C1，一般取C1为几十皮法。用示波器或脉冲示波器测量图4-1几种正弦波失真 第5章 protel的仿真与电路板的制作5.1 protel99 SE 软件的简单介绍 Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统。Protel公司于2001年推出protel 99 SE具有PDM功能的强大EDA综合设计环境，它具有原理图设计、PCB电路板设计、层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是电子工程师进行电路设计的最有用的软件之一。鉴于本设计的侧重点不在介绍此软件，故本章只介绍与之有关的操作与功能。5.2 protel99中设计电路原理图的绘制5.2.1、电路原理图设计的一般步骤 启动protel99SE电路原理图编辑器。 设置电路图图纸大小及版面。 在图纸上放置需要的元器件。 对所放置的元器件进行布局布线。对布局布线后的元器件进行调整。 保存文档并打印输出。5.2.2、设计需用到的一般规则 该设计绘制的总原理图已在附录C中给出，在此不再赘附。在放置元器件时，如遇元器件找不到则需装载相应的元器件库。其基本步骤为：单击设计管理器中的browse sch选项卡单击add/remove按钮，屏幕将出现“change library list”对话框。在design explorer 99/library/sch文件夹下选取元件库文件，然后双击鼠标点击“OK”按钮即完成了添加。若再找不到该元件，则需自己用元件绘图工具制作。 5.3 protel99中PCB图的设计与制作5.3.1、PCB图设计的一般步骤按照相关步骤后，将网络报表导入编辑器即产生PCB图. 手工编辑调整元件布局，并连线。5.3.2、PCB布局需注意的问题排版应整齐美观，布线不能相交，焊盘大小要合适（以免焊盘太小打孔时将焊盘打掉）。考虑我们是初学者可先考虑布线的简便性。其总PCB图已附在附录D中。 设计总结通过本次课程设计我总体掌握了电路设计实物的基本流程，把在书本知识运用在设计中，通过参考书与向学长和老师请教，在网上参考资料后我基本完成简易函数发生器的设计和制作。简易函数发生器能产生方波，三角波，正弦波。通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波，再由差分放大电路将三角波转换成正弦波。波形的产生是由电压比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，电路自动产生方波三角波。通过改变电位器与C2的值可以使方波-三角波的输出频率。差分放大器作为三角波正弦波的变换电路，利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。波形的仿真利用EWB软件对以上电路的变换的波形产生进行仿真与设计要求与任务校正。通过以上程序与原理计算最终确定实物参数得实验原理图，通过本学期EDA技术的学习，用protel99软件画出PCB板，作出实物简易函数发生器，在这个过程中我们遇到了很多困难，但经过我们组员的努力以及同学的帮助，基本完成本课程的设计。由于时间仓促，存在问题再所难免，请读者提出宝贵意见。附录附录I PCB 板 附录二 元件列表元器件清单名称标号规格运放A1、A2uA741电容C10.01uFC2、C6*0.