簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　系：電氣與信息工程系 年級(jí)：大二 專業(yè)：通信工程 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論…………………………………………………… 1</

2、p><p>　　第二章 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖…………………2</p><p>　　2.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖…………………………………………2 </p><p>　　2.2 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)…………………………………………2</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計(jì)…………………………………………3</p><p&g

3、t;　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………3</p><p>　　3.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理…………………… 3 </p><p>　　3.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理………………… 4</p><p>　　3.4 電路的參數(shù)選擇與計(jì)算………………………………… 5</p><p>　　3.4

4、.1 方波-三角波部分 …………………………………… 5 </p><p>　　3.4.2 三角波—正弦波部分………………………………… 5</p><p>　　3.5 總電路圖………………………………………………… 6</p><p>　　第四章 電路仿真…………………………………………… 7</p><p>　　4.1 方波波形………

5、………………………………………… 7</p><p>　　4.2 三角波波形……………………………………………… 7</p><p>　　4.3 正弦波波形……………………………………………… 8</p><p>　　4.4 方波---三角波發(fā)生電路的仿真…………………………8 </p><p>　　4.5 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的

6、仿真………………………9</p><p>　　4.6仿真數(shù)據(jù)……………………………………………………9 </p><p>　　第五章 電路的安裝與調(diào)試…………………………………10</p><p>　　5.1 方波—三角波發(fā)生器的調(diào)試……………………………10</p><p>　　5.2 三角波—正弦波變換的調(diào)試…………………………… 1

7、0</p><p>　　5.3調(diào)試數(shù)據(jù)………………………………………………… 10</p><p>　　5.4 誤差分析……………………………………………… 11</p><p>　　5.5 PCB板圖：……………………………………………… 11</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………12</p>

8、;<p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………13</p><p>　　附錄：元器件明細(xì)清單………………………………………… 14</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四

9、大類。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)

10、發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器的作用——信號(hào)調(diào)制功能:信號(hào)調(diào)制是指被調(diào)制信

11、號(hào)中，幅度、相位或頻率變化把低頻信息嵌入到高頻的載波信號(hào)中，得到的信號(hào)可以傳送從語(yǔ)音、到數(shù)據(jù)、到視頻的任何信號(hào)。信號(hào)調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種，其中模擬調(diào)制，如幅度調(diào)制(AM)和頻率調(diào)制(FM)最常用于廣播通信中，而數(shù)字調(diào)制基于兩種狀態(tài)，允許信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)。</p><p>　　第二章 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖</p><p>　　2.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖</p&

12、gt;<p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　2.2 電路方案設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）采用滯回比較器產(chǎn)生方波；</p><p>　?。?）采用積分器將方波轉(zhuǎn)換成三角波；</p><p>　?。?）采用差分放大器將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。</p><p>　　第三

13、章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理：</p><p>　　由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖2-2所示為由滯回比較器及簡(jiǎn)單RC 積分電路組成的方波—三角波發(fā)生器。它的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，但三角波的線性度較差。主要用于產(chǎn)生方波，或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱?chǎng)合。</p><p>　　調(diào)節(jié)電位器RW

14、（即改變R2／R1），可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之變化。如要互不影響，則可通過(guò)改變Rf（或Cf）來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖2-1 方波產(chǎn)生電路</p><p>　　3.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理：</p><p><b>　　圖2-2-1</b></p><p>　　方波---三

15、角波轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　圖所示的電路能自動(dòng)產(chǎn)生方波—三角波。電路工作原理若下：若a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)放A1與R1、R2及R3、RP3組織成比較器，R1成為平衡電阻，運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，及U_=0，同相端接輸入電壓Uia；比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓—VEE（|+Vcc|=|—VEE |）,當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出U01從高電平+Vcc跳到低電平

16、—VEE，或從低電平—VEE跳到高電平+Vcc。設(shè)U01=+Vcc，則</p><p><b>　?。?-2-1）</b></p><p>　　式子中，RP1指的是電位器（以下同）。 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門(mén)限電位</p><p><b>　?。?-2-2）</b><

17、;/p><p>　　若Uo1=—VEE，則比較器翻轉(zhuǎn)的上門(mén)線電位</p><p>　?。?-2-3） </p><p>　　比較器的門(mén)限寬度 </p><p>　　由式子（3-2-1）～(3-2-4)可以得到比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。</p><p>　　比較器的電壓傳輸特性</

18、p><p>　　a點(diǎn)斷開(kāi)后，運(yùn)放A2與R4、RP3、C2、及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波U01，則積分器的輸出</p><p><b>　　(3-2-5)</b></p><p>　　當(dāng)U01=+Vcc時(shí)， (3-2-6)</p><p>　　當(dāng)U01=-Vcc時(shí)，

19、 (3-2-7)</p><p>　　可見(jiàn)積分器輸入方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖所示。</p><p><b>　　方波—三角波波形</b></p><p>　　當(dāng)a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為</p><

20、;p><b>　?。?-2-8）</b></p><p><b>　　方波—三角波的頻率</b></p><p><b>　　（3-2-9）</b></p><p>　　由式子（3-8）及（3-9）可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　1.電位器RP2在調(diào)整方波—三角波

21、的輸出頻率時(shí)，一般不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍比較寬，則可用C2改變頻率的范圍，RP2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。</p><p>　　2．方波的輸出幅度約等于電源電壓+Vcc 。三角波的輸出幅度不超過(guò)電源電壓+Vcc。電位器RP1可以實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波—三角波的頻率</p><p>　　3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　三角波

22、-正弦波轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為： （3-3-1）</p><p>　　Ic1=aIE1=aIo/[1+e(-Uid/UT)] （3-3-2）

23、</p><p><b>　　式中　　</b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><p>　　——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT≈26mV。</p><p>　　如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為</p><p><b>　　（3-3-3）</b>

24、</p><p>　　式中　　Um——三角波的幅度；</p><p>　　T——三角波的周期。</p><p>　　將式（3-3-3）代入式（3-3-2），得</p><p>　　4Um/T(t-T/4) (0<=t<=T/2)</p><p><b>　　Uid=</b><

25、;/p><p>　　-4Um/T(t-3T/4) (T/2<=t<=T) （3-3-4） </p><p>　　波形變換過(guò)程如下圖：</p><p>　　三角波——正弦波變換</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見(jiàn)：</p><p>　　傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；&l

26、t;/p><p>　　三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。</p><p>　　圖為實(shí)現(xiàn)三角波——正弦波變換的電路。其中Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp4調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來(lái)減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分波形量，改善輸出</p><p>　　3.4 電路的參數(shù)選擇與計(jì)算</p>

27、<p>　　3.4.1 方波-三角波部分</p><p>　　運(yùn)放A1與A2用741，因?yàn)榉讲ǖ姆冉咏娫措妷?VCC=+12V,-VEE=-12V.</p><p>　　比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計(jì)算如下。</p><p><b>　　由式 （3-8）得</b></p><p>　　取 ，則R3+

28、RP1=40KΩ，取，RP1為47KΩ的電位器。平衡電阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k，取R1=8.2KΩ</p><p>　　由式（3-2-9）得</p><p>　　即R4+RP2=(R3+RP1)/(4FC2R2)</p><p>　　當(dāng)100Hz≤f≤1kHz時(shí)， 取C2=0.1uF, 則10KΩ<R4+RP2<100KΩ,取R4=1k,

29、 RP2=100 k。 當(dāng)1kHz≤f≤10kH時(shí)，取C1=0.01uF以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10KΩ。</p><p>　　3.4.2 三角波—正弦波部分</p><p>　　1、差分放大器元件參數(shù)確定</p><p>　　取RC1=RC2=10 KΩ,RB1=RB2=6.8 KΩ,取I0=1.1mA, 而</p&g

30、t;<p>　　I0=(RE4/RE3)IREF (3-4-1)</p><p>　　IREF=VEE-UBE/(RE4+R)=12-0.7/RE4+R (3-4-2)</p><p>　　

31、取RE4=R=20 KΩ,代入(3-4-2)，得IREF=0.28 mA，將IREF=0.28 mA代入(3-4-1)，得RE3=5 KΩ</p><p>　　2、三角波—>正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率不是很大，取C3=47uF，C4=C5=470uF，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。這里取C6=0.

32、1Uf, RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R確定。</p><p><b>　　3.5總電路圖：</b></p><p>　　第四章 電路仿真</p><p><b>　　4.1 方波波形</b></p>

33、<p>　　上圖所示為開(kāi)關(guān)打到C2=0.1uF時(shí)的情況，此時(shí)f≈208Hz，V≈22V。</p><p>　　4.2 三角波波形 </p><p>　　上圖所示為開(kāi)關(guān)打到C2=0.1uF時(shí)的情況，此時(shí)f≈208Hz，V≈6V。</p><p><b>　　4.3 正弦波波形</b></p><p>　　上圖所示

34、為開(kāi)關(guān)打到C2=0.1uF時(shí)的情況，此時(shí)f≈214Hz，V≈1.2V。</p><p>　　4.4 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真</p><p>　　上圖所示為開(kāi)關(guān)打到C2=0.1uF時(shí)的情況，此時(shí)f≈208Hz.</p><p>　　4.5 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真</p><p>　　上圖所示為開(kāi)關(guān)打到C2=0.1uF時(shí)的情況，

35、此時(shí)f≈210Hz。</p><p><b>　　4.6仿真數(shù)據(jù)</b></p><p>　　第五章 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　5.1 方波—三角波發(fā)生器的調(diào)試</p><p>　　由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波和正弦波，所以這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。但是需要注意的是，在安裝

36、電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，否則會(huì)導(dǎo)致電路不起振。如果電路接線正確。則在接通電源后，A1輸出為方波，A2輸出為三角波，微調(diào)RP1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。</p><p>　　5.2 三角波—正弦波變換的調(diào)試</p><p>　　1、差分放大器傳輸傳輸特性曲線調(diào)試。將C4與RP3的連線斷開(kāi)，經(jīng)電容C4輸入差模信號(hào)電壓uid=5

37、0mV，fi=10kHz的正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R，使傳輸特性曲線對(duì)稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特曲線形狀如圖3-6所示，記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的uid，即uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左端接地，測(cè)量差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Io、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q。 </p><p>　　2、三角波-正弦波變換電路的調(diào)試。將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng)由RP3 后輸出等于uidm值，這時(shí)U03

38、的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖5-2-2所示的幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有：</p><p>　?、夔娦问д?如圖（a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小RE2。</p><p>　?、诎氩▓A頂或平頂失真 如圖（b）如示，傳輸特性曲線對(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R。<

39、/p><p>　?、鄯蔷€性失真如圖（c）所示，三角波的線性度較差引起的失真，主要受運(yùn)放性能的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)（如C6=100pF）改善輸出波形。</p><p><b>　　5.3調(diào)試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　5.4 誤差分析</b></p><p>　　1. 方波輸出電壓V

40、p-p≤2Vcc，因?yàn)檫\(yùn)放輸出級(jí)是由NPN型或PNP型兩種晶體管組成的復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響，使方波輸出幅度小于電源電壓值。</p><p>　　2. 方波的上升時(shí)間Tr，主要受到運(yùn)放轉(zhuǎn)換速度的限制。如果輸出頻率比較高，則可以接入加速器電容C（C一般為幾十皮法）?？梢杂檬静ㄆ鳎ɑ蛘呙}沖示波器）測(cè)量Tr。</p><p>　　5.5 PCB

41、板圖：</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)電路通過(guò)先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波，最終把簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)了出來(lái)。</p><p>　　在這幾周的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)期間，我遇到了平時(shí)從未有過(guò)的困難。因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)不是某一方面的知識(shí)就可以完成的，而是多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的結(jié)合，再與平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)相銜接。

42、又因?yàn)樽约核鶎W(xué)的知識(shí)有限，要設(shè)計(jì)出此電路需要花費(fèi)大量的時(shí)間去查找資料，一個(gè)人真的很難完成，但經(jīng)過(guò)兩周的艱苦努力，團(tuán)隊(duì)的默契配合，終于還是完成了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p>　　通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的知識(shí)，一方面，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試方法；熟悉了常用的儀器儀表；以及如何提高電路的性能等等。另一方面，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知

43、道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。這段時(shí)間是我們小組在大學(xué)期間不可多得的美好記憶。它給了我們很多的感受和經(jīng)驗(yàn)，讓我們?cè)陲柺芩崽鹂嗬钡耐瑫r(shí)也體會(huì)到集體的力量和成功的喜悅。在我們以后的人生中，這些感受和經(jīng)驗(yàn)將會(huì)充實(shí)我們的生活，美化我們的人生。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)高頻電子線路方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)</p>&l

44、t;p>　　題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足，實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。由于這次課程設(shè)計(jì)的時(shí)間特別緊張，加之臨近期末考試，所以給我們各個(gè)方面都帶來(lái)了很大的壓力，一方面我們要準(zhǔn)備考試；另一方面又要復(fù)習(xí)之余的時(shí)間里查找資料，加上自己知識(shí)掌握的不牢固，所以難免有不足之處，還請(qǐng)老師多多諒解。</p><p&g

45、t;<b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1、 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ) 5版. 北京：高等教育出版社， 2006</p><p>　　2、胡宴如.模擬電子技術(shù) (第二版).高等教育出版社 ，2006</p><p>　　3、謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試(第二版).華中科技大學(xué)出版社， 2000</p><p