模拟电子课程设计报告

目录摘要……………3前言……………3正文一.设计要求………………4二.函数发生器的设计总方案……………4三.电路工作原理3.1方波——三角波产生转换电路的工作原理………53.2三角波---正弦波转换电路的工作原理…………8四.电路的参数选择及计算4.1确定电路形式及元器件型号……………………10三角波—正弦波部分的计算……………………10五.电路的仿真调试——三角波发生电路的仿真……………125.2、三角波---正弦波转换电路的仿真调试………12参考文献………………………14附录：元器件明细表…………15摘要：函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。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，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。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。经过仿真得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波转换及三角波——正弦波转换的波形图。关键字：函数信号发生器、集成运算放大器、晶体管差分放前言：一、设计目的：1、掌握方波—三角波——正弦波函数发生器的原理及设计方法。2、掌握迟滞型比较器的特性参数的计算。3、了解单片集成函数发生器8038的工作原理及应用。4、能够使用电路仿真软件进行电路调试。二、设计意义：函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。正文：一、设计内容：设计一个方波、三角波、正弦波函数发生器基本要求：（1）频率范围1~10HZ，10~100HZ（2）输出电压方波、三角波、正弦波二、函数波形发生器的总方案：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，其电路组成如下：正弦波正弦波矩形波三角波图1函数波形发生器原理框图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。三、电路工作原理3.1方波——三角波产生转换电路的工作原理图2所示的电路能自动产生方波—三角波.工作原理如下：若a点断开，整个电路呈开环状态。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Uia，R1称为平衡电阻。图2方波—三角波产生电路比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia_为若Uo1=,则比较器翻转的上门限电位Uia+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3所示。UiUiUo+Vcc0-VeeUia+Uia-图3比较器电压传输特性a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，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4所示。tt+VccUo1Uo2VeeT-VeeT/4T/2图4方波—三角波a点闭合，即比较器与积分器形成闭环电路，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：(1)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。(2)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。3.2三角波---正弦波转换电路的工作原理:图5三角波——正弦波的变换电路如图5三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。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，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;Io—差分放大器的恒定电流；Ic2—温度的电压当量，当室温为25oc时，≈26mV。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（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。在图中为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rw1调节三角波的幅度，Rw2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，以滤出谐波分量，改善输出波形。四、电路的参数选择及计算4．1、确定电路形式及元器件型号采用如图6所示电路：4.2、三角波—正弦波部分的计算比较器A1与积分器A2的元件计算如下：即取R3=10KΩ，则R3+Rw1=30KΩ，取R3=20K，RP1为47KΩ的点位器。取平衡电阻R1=R2//(R3+Rw1)=10KΩ由式即ΩΩ，Rw2为为100KΩ电位器。当10HZ<=f<=100HZ时，取C2=1uf以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻R5=10KΩ。图6三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路三角波—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=100Ω与RP4=100Ω相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的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。五、电路的仿真调试5.1、方波——三角波发生电路的仿真由于比较器和积分器组成正反馈闭环贿赂，同时输出方波与是那波，这两个单元可以同时调试。需要注意的是，安装电位器Rw1与Rw2之前，要先将其调整到设计值，应显示Rw1=10KΩ，Rw2取2.5~70KΩ内的任意组织，否则电路可能会不起振。电路接线正确后开始仿真Uo1的输出为方波，Uo2输出为三角波，微调Rw1，使三角波的输出Up-p=8V，调节Rw2,则输出频率在对应波段内连续可变。仿真波形如图7：图7方波三角波波形5.2、三角波---正弦波转换电路的仿真调试按照图8连接电路装调是那叫波——正弦波变换电路。图8三角波---正弦波转换电路的仿真调试电路的调试步骤如下：经电容C4输入差模信号电压Uid=100mV,fi=100Hz的正弦波。调节Rw4及电阻R*，使传输特性曲线对称。在和组件增大Uid，直到输出为无失真的正弦波，记下此时对应的Uid=450mV。将Rw3与C4连接，调节Rw3使三角波的输出幅度经Rw3后输出等于Uid=450mV这时Uo3的输出波形迎接金鱼正弦波，调整C6大小可改善输出波形。得到的输出波形如图9：图9三角波——正弦波波形参考文献:[1]李万臣模拟电子技术基础设计仿真编程与实践[M].哈尔滨工程大学出版社，2005[2]华成英童诗白模拟电子技术基础.高等教育出版社，2006[3]路勇．