模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課 程 名 稱(chēng) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) </p><p>　　所學(xué)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 電氣信息類(lèi) </p><p>

2、　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>

3、　　2012年12 月20 日</p><p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　任 務(wù) 書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）名稱(chēng)： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) </p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的：</p><p>　　1

4、．掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法</p><p>　　2．掌握模擬IC器件的應(yīng)用</p><p>　　3．培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力</p><p>　　4．掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試</p><p>　　5．熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求</p>

5、<p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)方波、三角波、正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1．方波：要求分別設(shè)計(jì)出頻率可調(diào)和占空比可調(diào)電路</p><p>　　2．三角波：正常起振，并且幅度和頻率一定范圍內(nèi)可

6、調(diào)</p><p>　　3．正弦波：正常起振，并且幅度和頻率一定范圍內(nèi)可調(diào)</p><p>　　函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1 方波（占空比可調(diào)）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 </p><p>　　1.1方波（占空比可調(diào)）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器波應(yīng)用意義</p><p>　　方波信號(hào)是一種應(yīng)用極為廣泛的信號(hào)，它在科學(xué)研究、工

7、程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中的使用非常普遍。它通常作為為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，應(yīng)用于電子電路的性能試驗(yàn)或參數(shù)測(cè)量。另外，在許多測(cè)試儀中也需要用標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)檢測(cè)一些物理量。所以研究多諧振蕩方波發(fā)生器具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　1.2方波（占空比可調(diào)）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器要求及技術(shù)</p><p>　　調(diào)節(jié)Rw電阻器可以看出其占空比的大概范圍在20%—80%間，可知也是達(dá)到了要的占空比范圍。</

8、p><p>　　1.3 方波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，如圖中實(shí)線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=

9、+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　通過(guò)對(duì)方波發(fā)生電路的分析，可以想象，與改變輸出電壓的占

10、空比，就必須使電容正向和反向充電的時(shí)間常數(shù)不同，即兩個(gè)充電的參數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的通路。</p><p>　　當(dāng)u。=±Uz時(shí)，U。通過(guò)Rw1、D1和R3對(duì)電容C正向充電，若忽略二極管導(dǎo)通時(shí)的等效電阻時(shí)間常數(shù)為（Rw1/Rw2+R3)C由此表明改變電位器的滑動(dòng)端可用改變占空比，但周期不變。占空比為（Rw1+R3）/(Rw2+2R3)</p><p>

11、;　　1.4原理框圖 見(jiàn)下圖（1）</p><p>　　2 . 方波（頻率可調(diào)）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 </p><p><b>　　圖（1）</b></p><p>　　2.1方波（頻率可調(diào)）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器主要參數(shù)</p><p>　　電路中電容正向充電與反向充電的時(shí)間常數(shù)均為RC，而且充電的總幅值也相等，因而在一個(gè)周期

12、內(nèi)U0=+Uz的時(shí)間與U0=Uz的時(shí)間相等，U0為對(duì)稱(chēng)方波，電容上電壓U0是占空比為1/2的矩形波。根據(jù)電容上電壓波形可知，在二分之一周期內(nèi)，電容充電的起始值為-Ut，終了值失+Ut時(shí)間常數(shù)是R3C有三要素罰求出振蕩頻率周期T=2R3Cln（1+2R1/R2) .</p><p>　　震蕩頻率為f=1/T根據(jù)上式調(diào)節(jié)R1、R2、R3和電容的C的數(shù)值可以改變電路的震蕩頻率。即調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以調(diào)節(jié)振蕩頻率了。<

13、;/p><p>　　2. 2方波（頻率可調(diào)）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 設(shè)計(jì)思想</p><p>　　此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，如圖中實(shí)線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+U

14、z；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p><b>　　2.3原理框圖&

15、lt;/b></p><p><b>　　圖（2）</b></p><p>　　3三角波（正常起振，并且幅度和頻率一定范圍內(nèi)可調(diào)）</p><p>　　3.1電路組成和說(shuō)明 </p><p>　　將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓。當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓U01=+Uz時(shí)，積分運(yùn)算電路的輸

16、出電壓U0將下降，而當(dāng)U01=-Uz失U0將上升。由于電路中存在RC電路和積分電路兩個(gè)延遲環(huán)節(jié)，在實(shí)際電路中去掉方波發(fā)生電路中的RC回路，使積分電路的輸出互為另一個(gè)電路的輸入，RC回路充電方向與后者積分電路方向相反，故為了滿(mǎn)足極性的需要，滯回比較器改為同向輸入。</p><p><b>　　3.2工作原理</b></p><p>　　如圖（3）左邊為 同向輸入滯回比較

17、器，右邊為積分運(yùn)算電路。圖中滯回比較器的輸出電壓U01=±Uz，它的輸入電壓是積分電路的輸出電壓U0,根據(jù)疊加原理求得閾值電壓Ut又因?yàn)榉e分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓U01,而且U01不是+Uz就是-Uz.求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素</p><p>　　UOH =－UOL =UZ ，uI作用于集成運(yùn)放的同相輸入端，求 </p><p>　　合閘通電，通

18、常C 上電壓為0。設(shè)uO1↑→ uP1↑→ uO1↑↑，直至uO1 ＝ UZ（第一暫態(tài)）；積分電路反向積分，t↑→ uO↓，一旦uO過(guò)－ UT ，uO1從＋ UZ躍變?yōu)椋?UZ （第二暫態(tài)） 。</p><p>　　積分電路正向積分，t↑→ uO↑， 一旦uO過(guò)＋ UT ， uO1從 － UZ躍變?yōu)椋?UZ ，返回第一暫態(tài)。重復(fù)上述過(guò)程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。 由以上分析可知，U0是三角波，幅值大小為Ut；U

19、01是方波，幅值是Uz。由于積分電路引入了深度負(fù)反饋，所以在負(fù)載電阻相當(dāng)大的變化范圍里，三角波電壓幾乎不變。有波形可知，正向積分的起始值為-Ut，終了值失+Ut，積分時(shí)間為二分之一周期得出`震蕩周期為T(mén)=(4R1R3C)/R2</p><p>　　Ut=(R1/R2)Uz。有以上二式可知將R1換做滑動(dòng)變阻器即可調(diào)節(jié)頻率和幅值。</p><p><b>　　3.3原理框圖</

20、b></p><p><b>　　圖（3）</b></p><p>　　4正弦波信號(hào)發(fā)生部分　</p><p><b>　　4.1.正弦波部分</b></p><p>　　用文氏橋電路,電路由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個(gè)部分組成。

21、 </p><p>　　放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)，因此通常選用引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大電路。正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋電壓Uf是同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運(yùn)算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例系數(shù)是電壓放

22、大倍數(shù)，根據(jù)起振條件和幅值平衡條件有</p><p>　　Rf2R1 </p><p>　　且振蕩產(chǎn)生正弦波頻率</p><p>　　正弦波電路參數(shù)設(shè)計(jì)：由于RC橋式振蕩的振蕩頻率是由RC網(wǎng)絡(luò)決定的，因此選擇RC的 </p><p>　　值時(shí)，應(yīng)把已知的振蕩頻率作為主要依據(jù)。同時(shí)，為了使選頻網(wǎng)絡(luò)的特性不受集成放大器</p>

23、<p>　　輸入和輸出電阻的影響，選擇R時(shí)還應(yīng)考慮R應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集成遠(yuǎn)放的輸出電阻，并且要</p><p>　　遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集成遠(yuǎn)放的輸入電阻。根據(jù)已知條件，由fo =1/（2πRC）可以計(jì)算電容的值，</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用時(shí)要選擇穩(wěn)定性好的電阻和電容。R1和Rf的值可以由起振條件來(lái)確定，通常取Rf=2.1R1，這樣可以保證起振又不會(huì)使輸出波形嚴(yán)重失真。</p>

24、;<p>　　因?yàn)?.2KHz < <20KHz 得R。又因Rf2R1取Rf=2.1R1 可得R1=。設(shè)計(jì)R要考慮失調(diào)電流及其漂移影響，應(yīng)該取R=R1//Rf。綜合上述兩個(gè)條件可以算出R1的值為11.7～11.7K，則Rf應(yīng)為24.49～24.49K。實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)這兩個(gè)電阻的值使其滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　4.2工作原理圖</b></p&

25、gt;<p><b>　　圖（4） </b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版第八章</p><p>　　[2] 天津大學(xué)模擬電子技術(shù)應(yīng)用</p><p>　　各種波形電路產(chǎn)生波形</p><p>