课设_-_函数发生器设计

1、大学模拟电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级：电子科学与技术0801 指导教师： 工作单位：信息工程学院 题 目: 函数发生器设计 一、 设计目的根据已知条件，完成对方波三角波正弦波发生器的设计、装配与调试。二、设计内容和要求 频率范围10100Hz，100 Hz1KHz，1 KHz10 KHz；正弦波Upp3V，幅度连续可调，线性失真小。三角波Upp5V，幅度连续可调，线性失真小。方波Upp14V，幅度连续可调，线性失真小。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿

2、真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书三、初始条件可选元件：双运放A741两只，双三极管3DG130两对，电阻、电位器、电容若干，直流电源Vcc= +12V，VEE= -12V，或自备元器件。可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，毫伏表四、时间安排12010年1月18日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。22010年1月18日至2010年1月20日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。32010年1月21日至2010年1月23日，电路调试和设计说明书撰写。42010年1月24日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年

3、月 日目录1摘要3 2绪论5 3设计内容及要求63.1设计的目的 6 3.1.1设计的目的6 3.1.2设计任务要求63.2设计思想 64 设计原理及单元模块设计64.1设计原理及方法64.2单元模块设计 74.2.1 RC振荡电路及选频网络84.2.2方波转换器 84.2.3三角波转换器 84.2.4输出调幅电路104.2.5总电路图105电路调试及参数测量116心得体会11参考文献 12附录原器件清单 13摘要本文介绍了集成运算放大器uA741来构建函数发生器的方法。主要阐述了用该芯片搭建的函数发生器的各个组成模块及其工作原理。首先通过RC正弦波振荡电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然

4、后通过电压比较器将正弦信号转换成方波信号、通过积分器将方波信号转换成三角波，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。关键词：uA741；函数发生器；振荡2绪论函数发生器是学生实验中十分常用的器件，能提供频率、幅度可调的正弦波、方波、三角波信号。其主要的性能参数有：输出频率范围、幅度可调范围，线性不失真度等。函数发生器的工作原理有多种，各种方案构建的函数发生器性能参数也不一样，且实现难易程度都不尽相同。对电子专业本科学生而言，更适合采用原理比较简单，硬件上容易实现的设计方案。因此兼顾实际，本设计采用的是正弦波信号产生，方波、三角波转换，运放放大的方案。正弦波信号产生电路

5、就是用来产生正弦波的，是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。方波和三角波的转换是通过电压比较器和积分器实现的。电压比较器可将各种周期性信号转换成矩形波，而矩形波经过积分器就变成三角波1。整个函数发生器的设计涉及到信号产生及转换等相关方面的知识，是一次对理论知识的回馈，对培养学生的实践动手很有帮助。3设计内容及要求3.1设计的目的及主要任务3.1.1设计的目的根据设计要求完成函数发生器的设计；加深对本课程内容的理解，培养实践能力。 3.1.2 设计任务及要求 频率范围10100Hz，100 Hz1KHz，1 KHz10 KHz；正弦波Upp3V，幅度连续可

6、调，线性失真小。三角波Upp5V，幅度连续可调，线性失真小。方波Upp14V，幅度连续可调，线性失真小。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书3.2设计思路首先通过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。4 设计原理及单元模块设计4.1 设计原理及方法根据层次化设计理论，该设计可分为RC振荡及选频网络、电压比较器产生方

7、波、积分器积分、uA741放大三个模块，其设计框图如图3-1所示。正弦波方波积分器电压比较器RC正弦波振荡电路及选频网络三角波输出方波输出正弦输出图4-1函数发生器方框图4.2 单元模块设计4.2.1 RC振荡及选频网络正弦波振荡是电路的自激振荡，由直流信号变成正弦信号的过程。它是由放大、反馈、选频和稳幅环节组成，属于正反馈回路2。如图3.2.1所示uA741为放大环节，Rf和RC串并联构成正负反馈，RC串并联也是选频环节 ，两个1N4007组成稳幅环节。图4.2.1 RC振荡及选频网络对RC串并联网络，其反馈网络反馈系数为：可见，当=0=1/RC或f=f0=1/2RC时，幅频响应有最大值为F

8、vmax=1/3，此时的相频响应为。在调节R和C的参数时，可实现频率谐振；在频率谐振的过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此，该选频网络决定信号发生器的输出信号频率3。对于振荡的建立及稳定过程分析如下：当=0=1/RC时，经选频网络传输到放同相端的电压与同相，即有这样放大电路和由和组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，满足相位平衡条件，则有可能振荡。若再满足略大于，则能在该网络内形成比较稳定的自激振荡4。元件参数计算及选取：3，取R1=1k,则Rf3k，取Rf=5k即可满足。f=1/2RC属于1010kHz，取R=100nF，则16kR160故取R=20k.4.2. 2方波转换器图4

9、.2.2方波转换器方波转换电路如图.，输入为可调频率的正弦波，经由构成的过零电压比较器，将周期性的正弦信号转换成同频率的方波信号。当处于正半周期时，又由于放大器开环增益接近无穷大，故输出等于稳压二极管稳压值。当输入为负半周时，输出达到负饱和5。元件参数计算及选取：1N4738A稳压值为8V，适合输出幅度要求。 4.2. 3三角波转换器图4.2.3三角波转换器由积分电路输入输出关系可知。输出相位改变度，由周期性方波信号转换成同频率三角波信号。元件参数计算及选取：14VRC约为5V，因此取R为3.3k，C为100nF满足要求。4.2. 4输出调幅电路图4.2.4输出调幅电路 如图4.2.4，Vo1

10、,Vo2,Vo3分别为幅度可调的正弦波，方波，三角波。4.2.5总电路图图4.2.5总电路图5电路调试及参数测量电路焊接好以后，接入正负直流偏置电源，用示波器观察输出Vo1波形，调试电路直至正弦波产生电路发生自激振荡，输出较平稳的正弦信号。 实验数据测量：输出信号频率范围：458.7kHz正弦波Upp3V，线性失真小。三角波Upp5V，线性失真小。方波Upp14V，有线性失真，但程度较小。6 心得体会本学期我们学了模拟电子技术基础这门课，这门课程属于电子技术理论课程范畴。正所谓“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”，学习知识不能仅从理论上掌握它，而更应从实践中去探索研究。所以本次课程设计，对提高我们学以致用的能力是很有帮助的。 参考文献1吴友宇模拟电子技术基础北京：清华大学出版社，2009.55附录元件清单元件型号规格数量103瓷片电容3uA741运放31N4