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

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　學(xué) 號： </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位：信息工程學(xué)

2、院 </p><p>　　題 目: 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　?、俑鶕?jù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求完成函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，裝配與調(diào)試；</p><p>　　②進(jìn)一步加深對信號產(chǎn)生及轉(zhuǎn)換機(jī)制的理解，提高實(shí)踐動(dòng)

3、手能力。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求</b></p><p>　　① 頻率范圍　10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz；</p><p>　　正弦波Upp≈3V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。</p><p>　　三角波Upp≈5V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。</p>

4、;<p>　　方波Upp≈14V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。</p><p>　?、?選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真）</p><p>　?、?安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p><b>　　三、初始條件&l

5、t;/b></p><p>　　可選元件：雙運(yùn)放μA741兩只，雙三極管3DG130兩對，電阻、電位器、電容若干，直流電源Vcc= +12V，VEE= -12V，或自備元器件。</p><p>　　可用儀器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，毫伏表</p><p><b>　　四、時(shí)間安排</b></p><p>　　1

6、．2012年11月18日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說明。</p><p>　　2．2012年11月18日至2012年12月20日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)電路的工作原理。</p><p>　　3．2012年12月21日至2012年1月24日，電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說明書撰寫。</p><p>　　4．2013年1月25日上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。

7、</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要 I</b>&l

8、t;/p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)2</p><p>　　2.1.1設(shè)計(jì)的目的2</p><p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2</p><p><b>

9、;　　2.2設(shè)計(jì)思路2</b></p><p>　　3 設(shè)計(jì)原理及單元模塊設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)原理及方法3</p><p>　　3.2 單元模塊設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.2.1 RC文氏橋振蕩電路及選頻網(wǎng)絡(luò)（含調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)）3</p><p>　　3.2.2 遲滯電壓比較器

10、（含調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)）5</p><p>　　3.2.3 積分器（含調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)）7</p><p>　　3.2.4 總電路圖 ….………………………………………………….………8</p><p>　　4電路的仿真及分析8</p><p>　　4.1 信號發(fā)生器總電路仿真圖8</p><p>　　4.2 仿真結(jié)果分析………

11、…………………………………….…………………..8</p><p>　　5．電路調(diào)試及參數(shù)測量10</p><p><b>　　6．心得體會(huì)11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p>　　附錄（函數(shù)發(fā)生器PCB圖）13</p><p&g

12、t;<b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了以運(yùn)算放大器uA741為核心器件來構(gòu)建運(yùn)算放大器的方法，主要闡述了用uA741搭建的函數(shù)信號發(fā)生器各個(gè)模塊的組成部分及各個(gè)模塊的工作原理，首先通過RC文氏電橋振蕩電路及選頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波，然后通過遲滯電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)換成為方波，最后通過積分器將方波轉(zhuǎn)換成為三角波，接上調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)后，就能產(chǎn)生頻率和幅度連續(xù)可調(diào)的正弦波，方波

13、和三角波信號。然后，就完成了整個(gè)函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：uA741；函數(shù)發(fā)生器；正弦波；方波；三角波；振蕩</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　this paper introduces the operational amplifier uA741 as the core

14、device to build operational amplifier method, mainly discusses the uA741 with setting up the function signal generator modules part of each module and the working principle, first through the RC wen's bridge oscillat

15、ion circuit and frequency selective network produces frequency adjustable sine wave, and then through the hysteresis voltage comparator will sine wave into a square wave, and finally through the integrator will square &l

16、t;/p><p>　　Keywords: uA741; Function generator; Sine wave; Square wave; Triangular wave. oscillation</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)是信息社會(huì)，社會(huì)的進(jìn)步離不開電子產(chǎn)品的發(fā)展。函數(shù)信號發(fā)生器能提供頻率和幅度

17、連續(xù)可調(diào)的正弦波，方波和三角波等信號，其主要技術(shù)指標(biāo)包括頻率，幅度，線性不失真度等。在通信信息系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)和電子技術(shù)應(yīng)用中，常用到各種正弦波，方波和三角波等信號，比如可應(yīng)用于無線發(fā)射機(jī)中的載波信號源，超外差接收機(jī)中的本振信號源，電子測量儀器中的正弦波信號源，數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘信號源等?？傊?，函數(shù)信號發(fā)生器是學(xué)生實(shí)驗(yàn)，電子應(yīng)用，通信信息和自動(dòng)控制等專業(yè)領(lǐng)域工作者的常用儀器之一，在生產(chǎn)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用不言而喻。</p>&

18、lt;p>　　當(dāng)然，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，函數(shù)信號發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方案是多種多樣的，然而對電子專業(yè)的本科生而言，還是要選擇原理比較基本，方案較易實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思路，這樣既可以鞏固剛剛學(xué)過的模擬電子技術(shù)知識，又能通過實(shí)際動(dòng)手進(jìn)一步加深理解，找出理論與實(shí)際的差距所在，對提高專業(yè)素養(yǎng)是大有裨益的。所以縱觀全局，選擇了橋式電路自激振蕩產(chǎn)生正弦波，再經(jīng)電壓比較器產(chǎn)生方波，然后經(jīng)過積分器產(chǎn)生三角波的設(shè)計(jì)方案。</p><p>

19、;　　在整個(gè)函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)過程中涉及到信號的產(chǎn)生以及轉(zhuǎn)換，運(yùn)算放大器的典型應(yīng)用等知識，既是對理論知識的一次回顧，又能找出理論知識與實(shí)踐應(yīng)用的區(qū)別所在，進(jìn)一步提高實(shí)踐動(dòng)手能力。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</b></p><p>　　2.1設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)</p><p>　　2.1.1設(shè)計(jì)的目的</p>

20、<p>　　①根據(jù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求完成函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)；</p><p>　?、谶M(jìn)一步加深對信號產(chǎn)生及轉(zhuǎn)換機(jī)制的理解，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。</p><p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p>　?、?頻率范圍　10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz；</p><p>　　正弦波Upp≈

21、3V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真??；</p><p>　　三角波Upp≈5V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小；</p><p>　　方波Upp≈14V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。</p><p>　　② 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。</p><p>　?、?安裝調(diào)試并按規(guī)定格式

22、寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　為加深對已學(xué)課程的理解，鞏固已學(xué)知識，本方案遵循原理較為簡單，方案較易實(shí)現(xiàn)的原則。</p><p>　　即首先用RC文氏橋振蕩電路與選頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波，然后通過遲滯電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)換成為同頻率的方波，最后通過積分器將正弦波轉(zhuǎn)換成為同頻率的

23、三角波，接上調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)后即可產(chǎn)生頻率與幅度連續(xù)可調(diào)的正弦波，方波與三角波。</p><p>　　3 設(shè)計(jì)原理及單元模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)原理及方法</p><p>　　本方案可分為正弦波振蕩器及選頻網(wǎng)絡(luò)，遲滯電壓比較器產(chǎn)生方波，積分器產(chǎn)生三角波以及調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)四個(gè)模塊，其設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1函數(shù)

24、發(fā)生器方框圖</p><p>　　3.2 單元模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 RC文氏橋振蕩電路及選頻網(wǎng)絡(luò)（含調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)）</p><p>　　文氏橋正弦波振蕩器是一個(gè)沒有信號輸入，依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出信號的電路，它是由C1,C2，C3，C4和R4串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)有正反饋網(wǎng)絡(luò)功能，另外還增加了R2,R3和R7負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)和反向并聯(lián)二極管D1

25、和D2的穩(wěn)幅電路，其中R8為調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)。RC文氏橋正弦波振蕩器及選頻網(wǎng)絡(luò)部分的電路原理圖如圖3-2-1所示</p><p>　　圖3-2-1 RC文氏橋正弦波振蕩器及選頻網(wǎng)絡(luò)原理圖</p><p>　　對于RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)， 令，,正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為</p><p>　　………………………（式3-1）</p><p><b>　

26、　幅頻特性表達(dá)式為</b></p><p>　　………………………（式3-2）</p><p><b>　　相頻特性表達(dá)式為</b></p><p>　　………………………（式3-3）</p><p>　　當(dāng)==或時(shí)，幅頻響應(yīng)有最大值為，此時(shí)的相頻響應(yīng)為。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)

27、任務(wù)要求頻率f為10HZ~10KHZ,所以10HZ10KHZ,令C=200nF,則得到，所以選擇R=100K的雙聯(lián)電位器即可達(dá)到要求。</p><p>　　改變頻率不會(huì)改變影響反饋系數(shù)和相角，在調(diào)節(jié)R和C的參數(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)頻率諧振；在頻率諧振的過程中，電路不會(huì)停止振蕩，也不會(huì)使輸出幅度改變。因此該選頻網(wǎng)絡(luò)決定信號發(fā)生器的輸出信號頻率。</p><p>　　由于時(shí)，；為滿足振幅平衡條件,所以加

28、入R2，R3和R7支路，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。RC正反饋網(wǎng)絡(luò)滿足相位平衡條件，由于電路中的噪聲信號及其微弱，在振蕩建立期間，應(yīng)該使該信號做增幅振蕩；因此應(yīng)該使,保證環(huán)路增益大于1，，這樣頻率為信號就會(huì)通過正反饋而使得輸出信號不斷增大，使輸出幅度越來越大，最后利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減小的特性，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　3.2.2 遲滯電壓比較器（含調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)）</p>

29、<p>　　利用電壓比較器可以將正弦波轉(zhuǎn)換成為方波，遲滯電壓比較器電路圖如圖3-2-2所示</p><p>　　圖3-2-2 遲滯電壓比較器電路原理圖</p><p>　　圖中R9為限流電阻，防止輸入過大時(shí)損壞運(yùn)算放大器；輸出回路R12為限流電阻；D5，D6為雙向穩(wěn)壓二極管，完成輸出電壓雙向限幅，使得輸出電壓限制在,能達(dá)到輸出電壓的要求；R13為調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)。</p>

30、<p>　　因?yàn)?,,參考電壓接地為0V，根據(jù)電壓疊加原理，上限觸發(fā)電平為：</p><p>　　………………（式3-4）</p><p><b>　　下限觸發(fā)電平為：</b></p><p>　　……………（式3-5）</p><p><b>　　回差電壓。</b></p>

31、<p>　　遲滯電壓比較器是在單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上加上部分正反饋構(gòu)成的，由于正反饋的加入，它加速輸出電壓的翻轉(zhuǎn)過程，特性曲線更為陡直；并且由于遲滯電壓比較器具有回差特性，它具有較強(qiáng)的抗干擾能力，這是因?yàn)楫?dāng)輸出電壓一旦跳變后，只要在跳變點(diǎn)的附近的輸入干擾電壓不超過遲滯寬度的值，輸出電壓值將穩(wěn)定不變。</p><p>　　3.2.3 積分器（含調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)）</p><p>　　

32、利用積分器可以將方波轉(zhuǎn)換成為三角波，積分器電路圖如圖3-2-3所示。</p><p>　　圖3-2-3 積分器電路原理圖</p><p>　　實(shí)際電路中，通常在積分電容兩端并聯(lián)反饋電阻R16用作直流負(fù)反饋，目的是減小集成運(yùn)算放大器輸出端的直流漂移。但是。C太小，會(huì)加劇積分漂移，若C增大，電容漏電也隨之增大。通常取,。</p><p><b>　　則有<

33、;/b></p><p>　　…………………（式3-6） 當(dāng)輸入電壓為幅度為V的方波信號時(shí)，則有</p><p>　　……………（式3-7）</p><p>　　在1K~10KHZ時(shí)，取f=5KHZ，則T=，令，取R14=10K,則C5=10nF=0.01uF。同理，在100~1KHZ時(shí)，可得到C6=100nF=0.1uF；在10~100HZ時(shí)，可

34、得到C7=1000nF=1uF；所以在10~10KHZ頻率范圍內(nèi)，此電路可成功地將正弦波轉(zhuǎn)換成為三角波。</p><p><b>　　3.2.4總電路圖</b></p><p>　　信號發(fā)生器總電路原理圖如圖4-2-4所示。</p><p>　　圖4-2-4 信號發(fā)生器電路原理圖</p><p><b>　　4

35、電路的仿真及分析</b></p><p>　　4.1 信號發(fā)生器總電路仿真圖</p><p>　　利用multisim 12.0仿真軟件對電路進(jìn)行仿真，總的電路仿真圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 信號發(fā)生器總電路仿真圖</p><p>　　4.2 仿真結(jié)果分析</p><p>　　在某一頻

36、率下記錄下的正弦波，方波和三角波仿真圖示如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 正弦波，方波和三角波仿真圖示</p><p>　　仿真結(jié)果如表5-2所示</p><p>　　表5-2 各波形仿真結(jié)果表</p><p>　　可見，仿真結(jié)果能滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。</p><p>　　5．電路調(diào)試及參數(shù)測量</

37、p><p>　　5.1電路焊接與調(diào)試</p><p>　　按照電路圖焊接好硬件電路，接通雙電源，依次進(jìn)行各個(gè)模塊的波形觀測和參數(shù)測定與記錄。</p><p>　　5.2 各波形測定結(jié)果</p><p>　　在頻率為10HZ時(shí)拍攝下的正弦波，方波和三角波波形圖如圖6-2所示。</p><p>　　圖6-2 正弦波，方波和三角

38、波波形圖</p><p>　　將測定結(jié)果記錄于表6-2中。</p><p>　　表6-2 正弦波，方波和三角波測定結(jié)果</p><p>　　可見，各波形測定結(jié)果能滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。</p><p><b>　　6 心得體會(huì)</b></p><p>　　本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，通過

39、本次課程設(shè)計(jì)，感覺自己學(xué)到了很多知識，包括布線焊接知識的鞏固，multisim仿真軟件以及Altium Designer軟件的進(jìn)一步深化，運(yùn)算放大器的選用，基本電子元器件（電阻和電容等）的選用，信號的產(chǎn)生以及轉(zhuǎn)換等等，不僅僅鞏固了理論知識，也極大提高了實(shí)踐動(dòng)手能力。理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐又能促進(jìn)理論的貫通與升華，兩者即是相通的，又有不同之處，只有通過親自設(shè)計(jì)電路，焊接電路，檢查錯(cuò)誤，排除錯(cuò)誤，撰寫報(bào)告才能真正地領(lǐng)悟到理論與實(shí)踐的相輔相成

40、和它們的聯(lián)系與區(qū)別所在，才能扎實(shí)掌握所學(xué)知識。</p><p>　　對這次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我感覺自己的收獲還不僅僅局限于此，因?yàn)閷?shí)際的電路調(diào)試過程，遠(yuǎn)非自己原來想象的那么簡單。一次次的查閱教材和其它書籍，一次次地進(jìn)行理論計(jì)算，一次次的焊接元件，一次次的拆卸元件……在不斷的，一次次的重復(fù)過程中，有時(shí)候真的想放棄，但每當(dāng)這個(gè)時(shí)候就告訴自己要想學(xué)到知識，就要付出努力，于是我堅(jiān)持了下來，最終完成了達(dá)到指標(biāo)的作品。當(dāng)

41、然，進(jìn)行模電課程設(shè)計(jì)，也不是全是辛勞，看著自己的作品一點(diǎn)點(diǎn)地趨向完美也是一種巨大的快樂；能和同學(xué)們一起調(diào)試電路，大家互相探討，相互促進(jìn)，共同提高，亦不失為一種莫大的享受；進(jìn)行模電課程設(shè)計(jì)的日子里，感覺自己的生活和學(xué)習(xí)更加充實(shí)了，心中更是有一種莫名的欣慰。</p><p>　　總之，通過本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我收獲頗豐，感觸良多，以后在扎實(shí)掌握理論知識的基礎(chǔ)上，還要更加注重培養(yǎng)自己的實(shí)踐動(dòng)手能力。當(dāng)然，最后還要

42、感謝老師們，因?yàn)橛辛死蠋焸兊恼佌伣虒?dǎo)和誨人不倦的精神，才有了我們的進(jìn)步。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]吳友宇．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：清華大學(xué)出版社，2009.5．</p><p>　　[2]康光華．模擬電子技術(shù)．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.5．</p><p>　　[

43、3]臧春華．電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用．北京：高等教育出版社，2004.7．</p><p>　　[4]童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社, 2006.1．</p><p>　　[5]謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試. 湖北：華中科技大學(xué)出版社, 2006.8.</p><p>　　[6]張肅文. 高頻電子線路．北京：高等教育出版社，2

44、004.11．</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　函數(shù)發(fā)生器PCB圖</b></p><p>　　本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p><p>　　年 月 日&l