模电设计正弦波发生器

1、郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 正弦波发生器制作学生姓名 专业班级 12级通信工程2班学 号 2012 院 （系） 信息工程学院 指导教师 李瑞贤 完成时间 2014年 月 日 目录1 课程设计的目的42 课程的任务与课程设计要求52.1 课程的任务52.2 课程设计要求53 设计方案和论证63.1 设计方案63.2 设计方案及论证64 电路工作原理及其说明84.1 电路工作原理84.2 原理图说明85 硬件的制作与调试105.1 焊接实物105.2 焊接过程出现的问题105.3 调试106 单元电路的设计（计算与说明）126.1 单元电路的设计126.2 计算与说明127 总结13参

2、考文献14附录1：总体电路原理图15附录2：元器件清单16引 言尽管近30年来以大规模集成工艺为依托的各种数字电路的问世，逐渐代替了各种传统的模拟电路的应用领域，但是物理世界毕竟还是模拟的，与物理世界各种现象的接口，仍然需要靠模拟电路来承担。即便在某一功能块中，模拟电路所占份量可能很少，但是这一部分或许是整个系统就设计和实现来说最具挑战性的部分，而且往往在系统性能上起着关键作用。尤其是当速度和功率成为至关重要的因素时，模拟电路就更显突出。 运算放大器和各种模拟集成电路是应用最为广泛的一类模拟器件。随着及程度的提高、性能的改善，愈来愈受到人们的青睐；在工业控制、遥控遥测、仪表仪器等领域

3、成为不可或缺的器件。传统上隶属于模拟电子学领域的很多功能，今天都用数字形式给予实现了。然而，物理世界本来就是模拟的，这表明，总是需要模拟电路去适应这些物理信号，像与传感器相连的电路，以及把模拟信息转换为数字信息，供进一步处理，和从数字信息转换回模拟信息供物理世界再利用等这样一些电路，都还需要用到模拟电路。因此，当今的许多应用，最好是由混合模式的集成电路（混合模式IC）和系统来提出。它依赖模拟电路与物理世界接口，而数字电路则用作处理和控制。即便这个模拟电路或许进展这个芯片面积的一小部分，但它往往却是设计中极具挑战性的部分，并且在整个系统的性能上起着关键作用。 随着电子技术和计算机技术的

4、飞速发展，电子电路及其应用系统设计手段也越来也越先进。传统的电子电路与系统设计方法，周期长、耗材多、效率低，难以满足电子技术飞速发展的要求。“电子工作台”，即EWB（Electronic Workbench），是将先进的计算机技术应用电子设计与仿真过程的新技术，它已被广泛的应用于电子电路分析、设计、仿真、印制电路板的设计等各项工作之中。EWB为使用者提供了一个集成一体化的设计与试验环境，创建电路、试验分析和结果输出在一个集成菜单系统中可以全部完成，使电子电路及系统的设计产生了划时代的变化，极大地提高了设计质量与效率。EWB与电路分析软件“PSpice”完全兼容，而且具有界面形象逼真、

5、操作方便，采用图形方式创建电路等优点。EWB有庞大的原器件库和比较齐全的仪器仪 1 课程设计的目的1巩固和加强“模拟电子技术”"数学电子技术"课程的理论知识；2掌握电子电路的一般的设计方法，了解电子产品研制开发过程；3提高电子电路实验技能及仪器使用能力；4掌握电子电路安装和调试的方法及十故障排除方法；5通过查阅手册和文献资料.培养同学们独立分析问题和解决问题的能力；6培养创新能力和创新思维.2 课程的任务与课程设计要求2.1 课程的任务正弦波是频率成分最为单一的一种信号，因这种信号的波形是数学上的正弦曲线而得名。任何复杂信号例如音乐信号，都可以看成由许许多多频。率不同、大小

6、不等的正弦波复合而成！通过对模拟电路的学习，让自己深刻认识信号波形。所以本次课程设计设计为正弦波发生器。通过自己的动手、动脑，让理论和实际结合起来，这样学习不仅增加乐趣，更多的是熟练掌握这门课程！学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力2.2 课程设计要求1.用途广泛，能产生一定频率的正弦波，要求掌握设计原理，对电路进行析。2.控制便捷，通过简单的设计制作完成，了解一些元器件的用途。3.造价低廉，使用集成芯片，花费都很低，熟悉一些重要芯片的逻辑功能，以及对芯片、电路进行设计连接。4.精度一般，通过对振荡器、计数器、加法器等集成电路的使用

7、，使得电路能够正确的运行。所以要对一些逻辑电路的进行运用。3 设计方案和论证3.1 设计方案1.初选电路形式或根据参考电路确定器件（集成决）类型。根据设计题目 要求指标.通过查阅有关资料分析其工作原理2.画出电路图，完成电路各部分指标分配3.计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值。如：电阻值额定功率。核算集成电路的有关电流.电压等技术指标4.验算电路的技术指标；5.对电路工艺进行设计（电路板的设计.元件在板上布局等);6.对电路件实验调试;7.编写课程设计报告;3.2 设计方案及论证正弦波振荡器起振条件:AF>1（略大于）结果产生增幅震荡振荡条件是1幅度平衡条件1相位平衡条件AF，AF

8、，2n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 否震荡（5）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（6）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；（7） 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

9、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。图.3-2-1设计论证示意图以集成运放和负反馈构成，集成运放采用1N4007。稳幅网络：利用两个反向并联二极管，正向电阻的非线性特性来实现稳幅。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。根据测量结果，在实验误差

10、的范围内，该电路的效果满足目标的要求。设计可行。4 电路工作原理及其说明 4.1 电路工作原理电路原理：振荡器- 扭环形计数器-逻辑模拟开关-加法器-滤波器-正弦波一完成4.2 原理图说明图4-2-1 电路采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波。（理论设计图）图4-2-1理论设计图由于在后来的购买材料过程中，电容购买过大 ，二极管，电阻等问题！随后对原理图的原件参数做了一些调整！ 图4-2-2仿真图（更改后）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 RC 桥式正弦振荡电路 该电路 Rf 回路串联两个并联的二极管，如上图所示串联了两个并联的1N400

11、7，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、 电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。振荡器- 扭环形计数器-逻辑模拟开关-加法器-滤波器-正弦波 为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。RC正弦波振荡电路是一种低频振荡电路，常用电阻和电容组成选频回路，故这种结构的振荡电路成为RC振荡器。这种运放正弦波振荡器的工作不需要外加输入信号。这种振荡器就是利用正反馈和负反馈的某些组合把运放驱动到不稳定的状态，这样，输出就不断的来回翻转。振荡的频率和幅度是通过围绕中心运放的那些无源和有源元件共同设定的。运放振荡器被限制在频谱的低

12、频区，因为运放没有足够的带宽，以实现高频下的低相移。常见的RC振荡电路是RC串、并联式正弦波振荡电路，又称文氏电桥正弦波振荡电路。电路由放大电路，RC串、并联网络所构成，电路部分由同相比例放大电路组成，放大电路的输出电压与输入电压同相，输入信号放大后，再经正反馈送回到输入端。为了稳定输出电压的幅值，为此给电路加入稳幅环节，以稳定输出电压。放大电路由集成运放和负反馈构成，调节负反馈的深度可以改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的闭环电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。RC串并联选频电路构成正反馈，以产生自激振荡，改变RC的值使电路输出需要频率的波形。电路接法：由运放LF353P同向接R2

13、R3 C1 C2 R3与C2并联之后接地，接线输出接示波器，R2 C2串联接运放的输出端，反向接其余原件，两二极管并联串R1之后接R4 之后与运放输出端接示波器！由于原材料变化以及焊接过程中出现一些问题！输出波形存在失真！5 硬件的制作与调试5.1 焊接实物 图5-1-1实物图5.2 焊接过程出现的问题在焊接前没有整体布局，导致元件放置杂乱，给检查电路带来很大麻烦。而且焊点太大，外观上不好看，影响输出音质。以后在焊接时，一定要认真布局好电路，将元件排布整齐，这样检查电路和更换元件时会比较容易。焊接技术还有待提高。同时由于对于电路的掌控能力不够，在焊接过程中，运放的接发搞错，导致电容烧毁！5.3

14、 调试电路安装完毕后，需要在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查以便纠正安装错误。检查应特别注意以下问题：1. 元器件引脚之间有无短路。在检查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少的问题。在用万用表测量的时候真的是处处短路，而有的地方就是处处断路，为了保证的电路的正确性，只有通过万用表一条条的线路检查是否导通，引脚间是否短路。所以本次设计实物的走线用导线和焊锡补了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。2. 电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。关于电源正、负极问题主要是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上，在此应特别注意

15、在测试极性的时候，应注意红、黑表笔不要弄反。 红表笔接正极， 黑表笔接负极。3. 二极管有电解电容极性有没有接反，集成器件引脚有没有接错，集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我 们严格按照测量晶体管的步骤和要求进行，用万用表分别判断出二极管的阳、 阴极；并作了相应的标注。4. 通电观察：观察函数信号发生器的频率幅度，用示波器观察输出与输入波形，并对比。验证其是否为正弦波。6 单元电路的设计（计算与说明）6.1 单元电路的设计电容的作用：电容器是一种能储存电能原件。其特性是：通交流、隔直流、通高频、阻低频、有信号的耦合。交流旁路电流滤波，谐振选频等。二极管的作用

16、：二极管具有单向导电性，具有PN结也可以作为开关，发光二极管（LED）和普通二极管工作原理一样正向电压发光导通反向电压截至，在放置二极管时要注意正负极。电阻的作用：串联分压，并联分流，也可以对电流起阻碍作用。6.2 计算与说明 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。检验方法：若|AF|<1,不可能振荡

17、。|AF|>=电路振荡，但波形失真。|AF|>1振荡稳定后趋近于1，波形失真小。按照远频网络的元件类型，把正弦振荡电路分为：RC正弦振荡电路；LC正弦振荡电路；石英正弦振荡电路。利用两个反向并联二极管，正向电阻的非线性特性来实现稳幅。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。常见的RC正弦振荡电路是RC串并联正弦振荡电路，如图1 它的起振条件是Rf>2R1。频率为：f0=2RC/1，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。频率为：f0=2LC。根据测量结果，在实验误差的范围内，该电路的效果满足目标的要求。7 总

18、结通过这一周的学习，在实验过程中发现很多问题，也认识到团体合作的的重要性，小组成员之间积极主动，相互督促，团结协作，克服实验中的种种困难，在我们的努力下终于成功地完成了这次实验，收获很多，在看到示波器出现正弦时，在我们看来就是胜利的符号，我们心中很是高兴，尝试到付出努力终得成果的喜悦和成就感。我们小组本着实用简单的原则选择了正弦波发生器这个课题，只好就通过各种渠道收集相关方面的信息，综合明确了实验的对象、目的和原理，大致确定了实验的过程步骤。准备工作做好后在刚开始的时候遇到元器件的初步安装问题，由于提前没能合理安排布局，导致元件排列杂乱，给后期调试检查线路带来了不必要的麻烦。对于做功放本身，就是一次学习模电的机会，对以前没学会和淡忘的模电又重新学习了一下。通过本次实践，对模电有了新的认识，模拟电路真的很奇怪，变幻莫测，同一样的电路图，不同小组做出来效果很是不一样，甚至同一个东西，在调试的过程也会出现奇奇怪怪问题，不能正常工作。经过反复的检查，发现问题是二极管的极性和LF353P的运放连接错误。通过这次试验更加深刻的认识到实验的严谨性和细节的重要性。遇到小组解决不了的问题，在老师的认真指导下，有时和我们并肩作战，亲自给我们指导，让实验