模电课程设计 电气1202new

1、扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题 目： 函数发生器的设计 课 程： 模拟电子技术基础 指导老师： 鲁玲 班 级： 电气1202 姓 名： 梁权威 学 号： 121704206 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第 一 部 分任务书模拟电子技术课程设计任务书课题：函数发生器的设计一、 电子电路设计的一般方法1仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。（1）设计总体方案。（2）设计单元电路、选择元器件、根据需要调整总体方案（3）计算电路（元件）参数。（4）绘制电路图初稿2上机利用EDA软件进行电路实验仿真。电路图设计已有不少

2、的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验仿真大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。3在面包板上或万能板上焊接、安装电路。4电路调试。了解掌握电路调试的基本方法。利用常用仪表调试电路，排除电路故障，提高电路性能，巩固理论知识,提高解决实际问题的能力。5独立撰写课程设计报告。二、 函数发生器的简介函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用

3、集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后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；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，三、 函数发生器的工作原理本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：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

4、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。四、 设计目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力 五、 设计要求及技术指标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10100、K、1K10K范围内可调 ；4输出电压：方波V，三角波，正弦波；六、 设计所用仪器及器件1直流稳压电源2双踪示波器3万用表4运放5741底座6电阻、电容若干7三极

5、管8万能板七、 日程安排查资料，方案设计一天根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出详细的原理图。用EDA软件对设计电路进行模拟仿真调试半天要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。电路的装配及调试两天半在万能板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。总结撰写设计报告一天器件清单1运放741 2电位器50K 100K 100 3电容470F 1F 0.1F 0.01F 4三极管9013 5万能板（16cm12cm） 6741底座7焊锡丝、导线（两种颜色，各2卷）8电阻10205.18156.82100欧第 二 部 分课程设计报

6、告目 录1 课程设计的目的和设计的任务.（10）2 电路设计.（11）2.1 设计方案.（11）2.2 电路图 .（12）2.3 工作原理 .（13）2.4 元件参数选择 .（17）3 电路的EDA实现及仿真分析.（18） 3.1 方波-三角波发生电路的仿真.（18）3.2 三角波-正弦波转换电路的仿真.（19）4 电路安装、调试.（20） 4.1 方波三角波发生器的装调.（20） 4.2 三角波正弦波变换电路的装调.（22）5 设计结果分析.（24）6 收获体会.（25）7 设计使用器件、仪表清单.（26）8 参考文献.（27）1.课程设计的目和设计的任务1.1课程设计的目的1掌握电子系统的

7、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熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法1.2课程设计的任务设计能产生方波、三角波、正弦波的函数信号发生器电路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输出各种波形工作频率范围：10100Hz,1001KHz,1K10KHz。4输出电压：方波24V，三角波8V，正弦波1V；2.电路设计2.1设计方案函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。由运算放大器单路及分立元件构成，方波三角波正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。先通过比较器产生方波，方波通过积分器产生三角

8、波，三角波通过差分放大器产生正弦波。设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线形区要窄，输入的三角波幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。 图1 函数信号发生器框图2.2电路图 2.3工作原理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。2.3.1方波-三角波转换电路的工作原理aA2A1图3 方波三角波产生电路工作原理如

9、下：若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压，R1称为平衡电阻。比较器的输出的高电平等于正电源电压+ ，低电平等于负电源电压- , 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出从高电平跳到低电平- ,或者从低电平跳到高电平。设 =+ 则 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位为 若 = -,则比较器翻转的上门限电位为 比较器的门限宽度由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图4所示。 图4 比较器电压传输特性 图5 方波三角波 a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反

10、相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为时，时，可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如图5所示。a点闭合，既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f为由以上两式可以得到以下结论：A. 电位器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。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。B. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。2.3.2三角波-正弦

11、波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。 图6 三角波-正弦波转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25C时，26mV。如果为三角波，设表达式为式中三角波的幅 T三角波的周期 2.4元件参数选择 图七 电路总图及参数详情3.电路的EDA实现及仿真分析3.1方波-三角波发生电路的仿真 方波仿真图 三角波仿真图 方波三角波仿

12、真图3.2三角波-正弦波发生电路的仿真 三角波正弦波仿真图4.电路安装、调试在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。电路的装调顺序如下：4.1方波三角波发生器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。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。 方波波形 三角波波形 方波三角波波形4

13、.2三角波正弦波变换电路的装调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。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； 三角波正弦波波形 图八

14、实物图5. 设计结果分析5.1方波-三角波发生电路的实验数据电容/F最低频率/HZ最高频率/HZ0.0161055600.16612501943010200105.2三角波-正弦波转换电路的实验数据5.2.1峰峰值三角波/V方波/V正弦波/V峰峰值8223.26. 收获体会为期一周的模电课程设计结束了，这次课程设计让我感触良多让我对抽象的理论有了进一步的认识，对书本上的知识有了更深刻的认识。通过这次课程设计，我了解了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接等等。其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。 在这次实验

15、中，总结了很多感触体会，我们不能盲目的图快，一定要在心底有个具体的谱，这样能让我们少走弯路，更加节省时间。多多借鉴别的组已经做好的实验、向他们取取经，不要不好意思向他们请教。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。 实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，这次实验让我对过去未理解的很多知识有了明了的认识。这次课程设计让我体会到了在接好电路后测试出波形的喜悦与如重释负的轻松。此课程的设计，真的让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。这能让我们很好的加深对不知道的理论知识的理解，同时也巩固了以前知道的知识。这次课程设计让我意识到运用所学的知识去解决实际的问题的重要性，我们学理工科的同学应更多的锻炼提高我们的动手能力。感谢老师对我们的悉心指导。7. 设计使用器件、仪表清单1运放741 2电位器50K 100K 100 3电容470F 1F 0.1F 0.01F 4