電子線路課程設計--簡易的函數(shù)發(fā)生器

1、<p><b>　　電子線路課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 簡易的函數(shù)發(fā)生器 </p><p>　　院 部： 電子與信息學院 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　電子線路課程設計任務書</p><p>　設計課

2、題： 簡易的函數(shù)發(fā)生器</p><p>　設計任務與要求根據(jù)題目，然后完成以下任務：查閱資料，設計一個函數(shù)發(fā)生器能產生正弦波、方波、三角波編寫課程設計說明書要求：頻率為100~1KHz幅度為2.5V掌握文氏橋震蕩電路完成電路的制作，測試結果</p><p>　設計步驟查閱相關資料；先給出總體方案并對工作原理進行大致的說明；依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應的原理、參數(shù)分析計算、功能以

3、及與其他部分電路的關系等等說明；列出標準的元件清單；制作并調試電路，進行測試，得到想要的波形?？傮w電路及總體電路原理相關說明；列出設計中所涉及的所有參考文獻資料。設計說明書字數(shù)不得少于3000字。</p><p>　參考文獻[1] 李萬臣主編 .《模擬電子技術基礎實驗與課程設計》.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版2001.3 [2]沈明發(fā)等編 .《低頻電子線路實驗》.廣州:暨南大學出版社，2001.10[3] 劉志軍主

4、編．《模擬電路實驗教程》．北京：清華大學出版社 , 2005.5[4] 康華光．電子技術基礎（模擬部分）（第四版）．武漢：高等教育出版社，2005.7[5] 舒慶瑩．凌玲．模擬電子技術基礎實驗．武漢：武漢理工大學出版社，2008.2</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設計的主要電路采用文氏電橋振蕩電路。如圖1-1文氏橋振蕩電路由放大電路和

5、選頻網絡兩部分組成,施加正反饋就產生振蕩，振蕩頻率由RC網絡的頻率特性決定。它的起振條件為：，振蕩頻率為：。運算放大器選用LM741CN，采用非線性元件（如溫度系數(shù)為負的熱敏電阻或JFET）來自動調節(jié)反饋的強弱以維持輸出電壓的恒定，進而達到自動穩(wěn)幅的目的，這樣便可以保證輸出幅度為2Vp-p；而頻率范圍的確定是根據(jù)式fo=1/2πRC以及題目給出的頻率范圍來確定電阻R或電容C的值，進而使其滿足題目的要求。</p><p

6、>　　關鍵詞：文氏電橋、振蕩頻率、LM741CN、JFET</p><p>　　Abstract：This design main circuit uses the wien bridge oscillating circuit. Figure 1-1,the wien Bridge oscillator circuit by amplifying circuit and selected frequenc

7、y network composed of two parts. Imposed on the positive feedback generated oscillation, RC oscillation frequency from </p><p>　　(such as the negative temperature coefficient thermistor or JFET) feedback to

8、automatically adjust the strength to maintain a constant output voltage, thereby achieve the purpose of automatic rate steady, this will ensure that the output rate of 2 Vp-p; And frequency range are determined according

9、 to type fo = 1 / 2 π RC, as well as the frequency range of topics presented to determine resistor or capacitor C R value, thus enable them to meet the requirements of Title.</p><p>　　Key words：The wien brid

10、ge, Oscillation frequency, LM741CN, JFET</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. 系統(tǒng)方案選擇和論證1</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本方案1</p><p>　　1.1.1 正弦波振蕩電路的選擇與論證1</p><p>

11、;　　1.1.2 穩(wěn)幅控制的選擇與論1</p><p>　　1.1.3 運算放大器的選擇2</p><p>　　1.1.4 最終的方案選擇2</p><p>　　2. 主要電路設計3</p><p>　　2.1 文氏電橋振蕩電路的設計與主要特性3</p><p>　　2.1.1 RC選頻網絡及其特性3<

12、;/p><p>　　2.1.2 集成運放電路5</p><p>　　2.1.3 分立電路6</p><p>　　2.2 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程7</p><p>　　2.2.1 熱敏電阻的穩(wěn)幅過程7</p><p>　　2.2.2 JFET的穩(wěn)幅過程7</p><p>　　2.3 振

13、蕩頻率和輸出幅度的計算8</p><p><b>　　心得體會9</b></p><p><b>　　參考文獻：10</b></p><p>　　附表：元件清單10</p><p><b>　　附圖Ⅰ11</b></p><p><b&g

14、t;　　附圖Ⅱ12</b></p><p>　　1. 系統(tǒng)方案選擇和論證</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本方案</p><p>　　1.1.1 正弦波振蕩電路的選擇與論證</p><p>　　本設計選用文氏電橋振蕩電路。如圖1-1。</p><p>　　圖1-1 RC橋式振蕩電路</p>

15、<p>　　這種電路的特點是：它由放大器即運算放大器與具有頻率選擇性的反饋網絡構成，施加正反饋就產生振蕩。振蕩頻率由RC網絡的頻率特性決定。它的起振條件為： 。它的振蕩頻率為： 。</p><p>　　1.1.2 穩(wěn)幅控制的選擇與論</p><p>　　方案一：采用硅二極管來組成限幅電路。這種電路的溫度特性較差（溫度升高輸出振幅下降），幾乎沒有實用價值。故不采用。</p&

16、gt;<p>　　方案二：采用發(fā)光二極管LED組成限幅電路。LED是利用其正向電壓與穩(wěn)定的溫度特性，它的正向電壓比通常的硅二極管大，溫度特性比三個串聯(lián)的二極管要穩(wěn)定的多。但該種電路的振幅穩(wěn)定度和波形失真率都不太好，故不采用此方案。</p><p>　　方案三：在放大電路的負反饋回路里采用非線性元件來自動調整反饋的強弱以維持輸出電壓恒定。例如，在圖1-1所示的電路中，Rf可用一溫度系數(shù)為負數(shù)的熱敏電阻

17、代替。當輸出電壓|V0|增加時，通過負反饋回路的電流|If|也隨之增加，結果使熱敏電阻的阻值減小，負反饋加強，放大電路的增益下降，從而使輸出電壓|V0|下降;反之，當|V0|下降時，由于熱敏電阻的自動調整作用，將使|V0|回升，因此，可以維持輸出電壓的恒定。也可利用JTFET工作在可變電阻區(qū)。當JFET的漏源電壓Vds較小時，它的漏源電阻Rds可通過柵極電壓來改變。因此，可利用JFET進行穩(wěn)幅。該電路頻率穩(wěn)定度由使用的電容的溫度系數(shù)決定

18、，而振幅穩(wěn)定度和波形失真率都得到改善。</p><p>　　方案四：采用可編程模擬電路提供單片機正弦振蕩器的設計方案</p><p>　　1.1.3 運算放大器的選擇</p><p>　　考慮到綜合性能和題目要求的關系這里我們選用LM741CN作為運算放大器</p><p>　　1.1.4 最終的方案選擇</p><p&g

19、t;　　文氏電橋振蕩電路適用的頻率范圍為幾赫茲到幾百千赫茲，可調范圍寬，電路簡單易調整，同時波形失真系數(shù)為千分之幾。很適合我們題目的要求。故采用文氏電橋振蕩電路以及利用非線性元件來控制電壓，起到穩(wěn)幅的作用。選用LM741CN作為運算放大器。</p><p><b>　　2. 主要電路設計</b></p><p>　　2.1 文氏電橋振蕩電路的設計與主要特性</p

20、><p>　　RC文氏電橋振蕩電路是以RC選頻網絡為負載的振蕩器，其模型框圖如圖1-2：</p><p>　　圖1-2 RC振蕩器框圖</p><p>　　這個電路由兩部分組成，即放大電路和選頻網絡。放大電路由集成運放所組成的電壓串聯(lián)負反饋放大電路，取其輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點。而選頻網絡則由Z1、Z2組成，同時兼做正反饋網絡。由圖1-1可知，Z1、Z2和R1、Rf

21、正好形成一個四臂電橋電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端，橋式振蕩電路由此得來。</p><p>　　2.1.1 RC選頻網絡及其特性</p><p>　　如圖1—3（a） </p><p>　　圖1-3 RC選頻網絡</p><p>　　RC選頻網絡的傳輸函數(shù)為：</p><p>　　令：R1=R2=R C

22、1=C2=C</p><p>　　RC串并聯(lián)選頻網絡具有選頻作用，它的頻率響應特性由明顯的峰值。</p><p>　　反饋網絡的反饋系數(shù)為：</p><p>　　當ω=ωo(諧振頻率)=1/RC 時,Fv=1/3(φf=0)</p><p>　　（1） 幅頻特性曲線</p><p><b>　　如圖1-3(b

23、)</b></p><p><b>　　由上式：</b></p><p>　　ω=ωo時： Fv(ωo)=1/3(最大)</p><p>　　ω<ωo時： 當ω→0 ，F(xiàn)v(ω)→0</p><p>　　ω>ωo時： 當ω→∞，F(xiàn)v(ω)→0</p><p>　　由上圖可見

24、,當時,達到最大值并等于1/3,相位移為00,輸出電壓與輸入電壓同相,對于該頻率,所取的輸出電壓即幅度是最大的,所以RC串并聯(lián)網絡具有選頻作用.</p><p>　　(2) 相頻特性曲線</p><p><b>　　如圖1-3（b）</b></p><p>　?、佴?lt;ωo時(ω減小)</p><p>　　Xc1&g

25、t;>R1 ,C1與R1串聯(lián)→ Xc1</p><p>　　Xc2>>R2 ,C2與R2并聯(lián)→ R1</p><p>　　則：vo超前vs相位φ(ω→0時,φ→+π/2)</p><p>　?、讦?gt;ωo時(ω增大)</p><p>　　Xc1<<R1 ,C1與R1串聯(lián)→ R1</p><

26、p>　　Xc2<<R2 ,C2與R2并聯(lián)→ Xc2</p><p>　　則：vo滯后vo相位-φ(ω→∞時,φ→-π/2)</p><p>　?、郐?ωo時，vo與vo同相</p><p>　　2.1.2 集成運放電路</p><p><b>　　如圖1-4</b></p><p&g

27、t;　　圖1-4集成運放文氏電橋振蕩器</p><p>　　正反饋支路→運放+端</p><p>　　ω=ωo=1/RC 時，相位平衡(φf=0)</p><p>　　由振幅平衡條件：AvFv=1</p><p>　　已知：Fv'= F+=1/3</p><p>　　故要求： Av≥3(Av應≥反饋量)<

28、/p><p>　　(2) 負反饋支路→運放-端</p><p>　　作用：改善波形，穩(wěn)定振幅，</p><p>　　Rt(熱敏電阻)進行溫度補償。</p><p>　　F-=R1/(Rt+R1)</p><p><b>　　(3) 總反饋系數(shù)</b></p><p>　　注意：

29、運放的Ri、Ro均與RC網絡并接，對網絡的影響較大。</p><p>　　2.1.3 分立電路 </p><p><b>　　如圖1-4</b></p><p>　　圖1-5 分立器件文氏電橋振蕩器</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　(1)為滿足

30、相位條件(φ=2nπ)，放大器應為2級(或偶數(shù)級)；</p><p>　　(2)VT1的Ri小，VT2的Ro對網絡影響較大，可采用場效應管。</p><p>　　2.2 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程</p><p>　　2.2.1 熱敏電阻的穩(wěn)幅過程</p><p>　　RC橋式振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻Rf實現(xiàn)的。Rf是負溫度系數(shù)熱敏電

31、阻，當輸出電壓升高，Rf上所加的電壓升高，即溫度升高，Rf的阻值減小，負反饋增強，輸出幅度下降，反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負溫度系數(shù)，應放置在R1的位置.（1） 若該電路RF為一固定電阻, 放大器Au為常數(shù).起振時:則要求</p><p>　　振蕩平衡:則要求,只有當運算放大器進入非線性工作區(qū)才能使增益下降達到平衡條件,從而產生嚴重失真現(xiàn)象.</p><p>　　（2） 若該電路R

32、F為一負溫度系數(shù)的熱敏電阻</p><p>　　起振時:由于信號較弱,熱敏電阻RF處于冷態(tài),阻值比較大, 放大器Au值較大滿足,很快振蕩建立.振蕩平衡: 隨信號增強,熱敏電阻RF溫度升高,阻值減小, 放大器Au值自動下降,在運算放大器還末進入非線性工作區(qū)時,達到平衡條件 .</p><p>　　2.2.2 JFET的穩(wěn)幅過程</p><p>　　利用JFET工作在

33、可變電阻區(qū)，當JFET的漏源電壓Vds較小時，它的漏源電阻Rds可通過柵極電壓來改變。如圖1-6。圖中負反饋網絡由Rp3、R3和JFET的漏源電阻Rds組成。正常工作時，輸出電壓經二極管D整流和R4、C3濾波后，通過R4、R5、Rp4為JFET柵極提供控制電壓。當幅值增大時，Vgs變負，Rds將自動加大以加強負反饋。反之亦然。這樣，達到自動穩(wěn)幅的目的。</p><p>　　電路調整時，一般只需調整Rp3或Rp4，

34、就可使失真最小。</p><p>　　2.3 振蕩頻率和輸出幅度的計算</p><p>　　從正弦穩(wěn)態(tài)的工作情況來看，振蕩頻率是由相位平衡條件所決定的，由RC選頻網絡的選頻特性可知，只有當ω=ωo=1/RC,θf=0°,θa=0°時，才滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率由式 fo=1/2πRC 決定。當適當調整負反饋的強弱，使Av的值在起振時略大于3時，達到穩(wěn)幅時Av=3,

35、輸出波形為正弦波，失真很小 。如圖1-6 此時，電路的頻率由電阻R1、Rp1、R2、Rp2、C11、C12、C13、C21、C22、C23決定，即fo=1/2πRC。根據(jù)題目要求，電路的頻率范圍為10Hz-10000Hz，電阻取值如圖1-6。當開關打在C13和C23上時，由fo=1/2πRC可得此時電路振蕩頻率最低約為10Hz，當開關打在C11和C21上時，由fo=1/2πRC可知此時電路振蕩頻率最高約為10000Hz。而輸出電壓約為1

36、V，即輸出幅度為2Vp-p</p><p>　　圖1-6 JFET穩(wěn)幅音頻信號產生電路</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　這次的課程設計歷時一個星期左右，通過這這個星期的學習和努力，設計也基本上完成了。在這個星期的學習過程中，我真正的體會到了學習的樂趣：翻閱資料，復習以前學過的相關學科知識，奔波于圖書管和自習室，

37、上網查找相關資料……為了完成這次課程設計確實很辛苦，但苦中有樂，當翻了好多資料終于找到RC文氏電橋正弦波振蕩電路的資料時，心中不免一陣興奮，開心不已。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。只有勞動才能讓我們感到充實。雖然這只是一次簡單的課程設計，但平心而論，也耗費了不少的時間和心血，這就讓我不得不佩服那些搞電子電路設計前輩們，他們?yōu)槲覀冏龀隽硕嗝创蟮呢暙I，奉獻了多少時間和心血??！</p><p>　　這次的

38、課程設計讓我認識到自己在學習上的不足，如以前學過的電路分析基礎、模擬電子技術基礎、數(shù)字電子基礎，還有電子電工實習上所學到的東西在這次的課程設計上都有運用，但當要用到這些知識時我明顯的感覺到基礎知識的缺乏，以致做的很吃力，這讓我明白了：我一定要付出更多的努力，學好每一門學科，為以后的學習和工作打下堅實的基礎。同時，在這次的課程設計中，我還學會了應用Proteus軟件繪制電路圖以及進行模擬仿真，這也是一個重要的收獲。</p>

39、<p>　　感謝老師可以給我們這樣的一個學習的機會。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　華中科技大學電子技術課程組編，康華光主編.電子技術基礎.模擬部分.第五版.北京：高等教育出版社，2006.434.441</p><p>　　華中科技大學電子技術課程組編，康華光主編.電子技術基礎.數(shù)字部分.第五版

40、.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　黃智偉編.全國大學生電子設計競賽技能訓練.北京：北京航空航天大學出版社,2005</p><p>　　黃智偉編.全國大學生電子設計競賽操作實例.北京：北京航空航天大學出版社,2005</p><p>　　黃智偉編.全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計.北京：北京航空航天大學出版社,2005</p><

41、;p>　　黃智偉編.全國大學生電子設計競賽電路設計.北京：北京航空航天大學出版社,2005</p><p>　　劉原主編.電路分析基礎.北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　及力主編.Protel 99 SE原理圖與PCB設計教程.北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　?。ㄈ眨┑救~ 保著，何希才，尤克譯.振蕩電路的設計與應用.北京：科