多功能信號發(fā)生器課程設(shè)計

1、<p>　　課 題： 多功能信號發(fā)生器 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程</p><p>　　班 級： 1班</p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>

2、　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　設(shè)計日期： </b></p><p><b>　　成 績：</b></p><p>　　多功能信號發(fā)生器設(shè)計報告</p><p><b>　　一、設(shè)計目的作用</b></p><p&

3、gt;　　1.掌握簡易信號發(fā)生器的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。</p><p>　　2.能熟練使用multisim10電路仿真軟件對電路進(jìn)行設(shè)計仿真調(diào)試。</p><p>　　3.加深對模擬電子技術(shù)相關(guān)知識的理解及應(yīng)用。</p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)<

4、;/b></p><p>　　設(shè)計一個能夠輸出正弦波、方波、三角波三種波形的信號發(fā)生器，性能要求如下：</p><p>　　輸出頻率，f=20Hz-5kHz 連續(xù)可調(diào)的正弦波、方波、三角波；</p><p>　　輸出正弦波幅度V=0-5V可調(diào)，波形的非線性失真系數(shù)<=5%；</p><p>　　輸出三角波幅度V=0-5V可調(diào)。&l

5、t;/p><p>　　輸出方波幅度可在V=0-12V之間可調(diào)。</p><p><b>　　2.設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計電路，計算電路元件參數(shù)，擬定測試方案和步驟；</p><p><b>　　測量技術(shù)指標(biāo)參數(shù)；</b></p><p><b>　　寫

6、出設(shè)計報告。</b></p><p><b>　　三、設(shè)計的具體實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)概述</b></p><p>　　1.1正弦波發(fā)生電路的工作原理:</p><p>　　產(chǎn)生正弦振蕩的條件:</p><p>　　正弦波產(chǎn)生電路的目的

7、就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反饋，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路；反饋網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路個部分。</p><p&g

8、t;　　正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：</p><p>　　放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出值，實(shí)現(xiàn)自由控制。</p><p>　　選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。</p><p>　　正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于其反饋信號。</p><

9、p>　　穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。 </p><p>　　判斷電路是否振蕩。方法是：</p><p>　?。?）是否滿足相位條件，即電路是否是正反饋，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩。</p><p>　　（2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否合適；</p><p>　?。?） 是否滿足幅度條

10、件。</p><p>　　正弦波振蕩電路檢驗(yàn)，若：</p><p>　　(1) 則不可能振蕩；</p><p>　　(2) 振蕩，但輸出波形明顯失真；</p><p>　　(3) 產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小</p><p>　　常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電

11、路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。它的電路圖如下所示： 它的起振條件為： 。它的振蕩頻率為： 它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為： 。石英振蕩器的特點(diǎn)是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場合。 </p><p><b>　　RC正弦振蕩電路</b></p>

12、;<p>　　1.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理:</p><p>　　在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。從反向輸入端輸人的滯回比較器電路如圖a所示，滯回比較器電路中引人了正反饋。從集成運(yùn)放輸出端

13、的限幅電路可以看出，UO＝±UZ。集成運(yùn)放反相輸人端電位UP＝UI同相輸入端電位</p><p>　　令UN=UP求出的UI就是閥值電壓，因此得出</p><p>　　輸出電壓在輸人電壓u，等于閥值電壓時是如何變化的呢？假設(shè)UI<-UT，那么UN一定小于up，因而UO＝+UZ，所以UP=+UYO。只有當(dāng)輸人電壓UI增大到+UT，再增大一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從+UT

14、躍變?yōu)?UT。同理，假設(shè)UI>+UT，那么UN一定大于UP，因而UO＝-UZ，所以UP＝-UT。只有當(dāng)輸人電壓UI減小到-UT，再減小一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從-UT躍變?yōu)?UT。可見，UO從+UT躍變?yōu)?UT和從-UT躍變?yōu)?UT的閥值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖b)所不。</p><p>　　從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UT＜UI＜+UT時，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果UI是從小于

15、-UT，的值逐漸增大到-UT<UI<+UT，那么UO應(yīng)為+UT；如果UI從大于+UT的值逐漸減小到-UT<UI<+UT，那么應(yīng)為-UT。曲線具有方向性，如圖b)所示。</p><p>　　實(shí)際上，由于集成運(yùn)放的開環(huán)差模增益不是無窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時，輸出電壓UO才為±UZ。UO在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過程中，隨著UI的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一

16、定的時間。滯回比較器中引人了正反饋，加快了UO的轉(zhuǎn)換速度。例如，當(dāng)UO＝+UZ、UP=+UT時，只要UI略大于+UT足以引起UO的下降，即會產(chǎn)生如下的正反饋過程：UO的下降導(dǎo)致UP下降，而UP的下降又使得UO進(jìn)一步下降，反饋的結(jié)果使UO迅速變?yōu)椋璘T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。</p><p>　　本電路中該電路的作用是將正弦信號轉(zhuǎn)變成方波信號，其傳輸特性曲線如下圖所示：</p><p&

17、gt;<b>　　正弦波傳輸特性</b></p><p>　　1.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理：</p><p>　　當(dāng)輸入信號為方波時，其輸出信號為三角波，電路波形圖如下：</p><p>　　2、單元電路設(shè)計與分析</p><p>　　2.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計</p><p>　　本

18、電路中采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其電路圖如下所示</p><p>　　RC橋式正弦振蕩電路</p><p>　　該電路Rf回路串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如上圖所示串聯(lián)了兩個并聯(lián)的1BH62，這樣利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小、電流減小時動態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。</p><p><b>　　此時輸出電壓系數(shù)為<

19、/b></p><p>　　Au=1+(Rf+rd)/R1</p><p>　　RC振蕩的頻率為：f0=1/(2∏RC)</p><p>　　該電路中，C=1uF</p><p>　　f0=1/(2*3.14*R*10-6)≈20Hz——〉R=8000歐</p><p>　　f0=1/(2*3.14*R*10-6

20、)≈5000Hz——〉R=30歐≈0</p><p>　　所以可變電阻的范圍是0-8k歐。</p><p>　　用Multisim10.0對電路進(jìn)行仿真得到下圖</p><p><b>　　仿真波形</b></p><p>　　從圖中可得出產(chǎn)生的正弦波U=3.9V; </p><p>　　T=1.

21、9×4≈7.6ms.</p><p>　　F0=1/T=131Hz.</p><p>　　仿真得出的數(shù)據(jù)在理論值范圍之內(nèi)，電路正確。</p><p>　　2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計</p><p>　　本電路中采用滯回電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)成方波，其電路原理如下圖所示</p><p>　　滯回電壓比較器電

22、路原理圖</p><p>　　滯回電壓比較器原理前面有描述，此處不贅述。</p><p>　　本電路中用到的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓電壓為24V</p><p><b>　　電路中閾值電壓為：</b></p><p>　　UT1=UREF-UZ</p><p>　　UT2=UREF+UZ</p>

23、<p>　　本電路中UREF=0，所以</p><p><b>　　UT1=-UZ</b></p><p><b>　　UT2=UZ</b></p><p>　　用Multisim10.0對其進(jìn)行仿真得到如下波形圖</p><p><b>　　波形仿真：</b>&

24、lt;/p><p>　　從波形中可以得到方波電壓為±12.7V,與理論誤差不大，可得出電路是正確的。</p><p>　　2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計</p><p>　　本電路中方波轉(zhuǎn)成三角波采用積分電路，其電路原理如下圖所示</p><p><b>　　積分電路圖</b></p><p

25、>　　積分電路U0=-+u0(t1)</p><p><b>　　電路仿真如下圖所示</b></p><p>　　電仿真中三角波,Umax=5.4V</p><p><b>　　2.4仿真電路</b></p><p>　　該電路分為三部分，第一部分為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是利用RC振蕩產(chǎn)

26、生特定頻率的正弦波；第二部分為電壓比較器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波；</p><p>　　在正弦波產(chǎn)生電路中f=1/(2∏RC),改變RC的值可以改變電路的信號頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓UREF的值可以改變方波的比例。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>

27、;　　這次課程設(shè)計是我受益匪淺，終生受益。讓我學(xué)到了很多知識以及技能。感謝老師感謝學(xué)校。</p><p>　　當(dāng)拿到課程設(shè)計題目時感覺很茫然，不知道從何入手，只有一張設(shè)計要求、沒有工具、沒有資料、沒有材料，如何能完成設(shè)計要求呢！后來經(jīng)過本人上網(wǎng)查資料了解到電路設(shè)計好了之后可以使用Multisim10對其進(jìn)行仿真，無需將電路事物圖做出來。用Multisim10對電路進(jìn)行仿真真的很方便，而且安全，還便于對電路進(jìn)行修改

28、。</p><p>　　本次設(shè)計中采用電路模塊化理念，將本來非常復(fù)雜的電路分解成一個個簡單的單元電路，然后設(shè)計單元電路，單元電路設(shè)計起來就簡單多了。最后將每個單元電路連接起來便成了一個復(fù)雜的，具有特定功能的電路。</p><p>　　本次設(shè)計中遇到了不少困難，但在老師同學(xué)的幫助下、在自己的努力下，還是一個一個的將問題解決了。個人感覺收獲最大的就是學(xué)會了設(shè)計電路的這種方法和分析問題解決問題的