2022年模电三角波正弦波课程设计要点 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计学 号：课 程 设 计题目方波三角波正弦波函数发生器设计学院2022 年国际训练学院专业通信工程班级通信 gj0801 姓名罗云月指导老师撒继铭1 月23 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计课程设计任务书同学：罗云月 专业班级：通信 gj0801 指导老师：撒继铭 工作单位：信息工程学院题 目: 方波 - 三角波 - 正弦波函数信号发生器初始条件： 集成运放 uA741,电阻 , 电容 , 可变电位器 ,NPN型晶体三极管 ,单刀双掷开关 . 电压为 +8v 的电源 , 电压为 -8v 的电源 . 电路仿真软件 EWB等要求完成的主要任务 :设计完成的电路要求输出方波, 三角波 , 正弦波1v 1输出的频率范畴为110HZ,10100HZ,1001000HZ 2输出的电压值方波峰峰值 16v, 三角波峰峰值 4v, 正弦波峰峰值大于3波形特性 ,: 要求正弦波和三角波的非线性失真度较小包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等详细要求时间支配：第 19 周:理论讲解 . 地点 :鉴三 202 第 20 周:理论设计 . 仿真调试 .撰写试验报告 ,预备答辩第 21 周:答辩名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计指导老师签名： 2022年 1 月 11 日系主任或责任老师签名：年月日目 录摘要分析工作原理及作图 3第一章 方案的挑选 41.1 各个方案的原理框图1.2 各个方案的比较及确定方案其次章各部分电路设计 作32.1 方波发生电路的工原理 2.2 方波- 三角波转换电路的工作原理 32.3 三角波 - 正弦波转换电路的工作原理 62.4 电路的参数挑选及运算 8第三章 函数发生器的总电路图 1第四章 电路仿真 114.1 方波- 三角波发生电路的仿真 11134.2 三角波 - 正弦波转换电路的仿真 12第五章电路的安装与调试 5.1 方波- 三角波发生电路的安装与调试 135.2 三角波 - 正弦波转换电路的安装与调试 135.3 总电路的安装与调试 135.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法 13第六章电路的试验结果 14名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计6.1 方波- 三角波发生电路的试验结果 146.2 三角波 - 正弦波转换电路的试验结果 146.3 实测电路波形、误差分析及改良方法 15第七章 试验总结 17第八章 仪器仪说明细清单 18第九章 参考文献 19摘要函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方涉及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器；依据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件如低频信号函数发生器S101 全部采纳晶体管 ,也可以采纳集成电路 如单片函数发生器模块8038；为进一步把握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采纳由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法；本课题采纳先产生方波三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法；由比较器和积分器组成方波三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成；差分放大器具 有工作点稳固,输入阻抗高,抗干扰才能较强等优点；特殊是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波；波形变换 的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性；第一章 方案的挑选名师归纳总结 1采纳集成片 ICL8038 做函数信号发生器第 4 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计图一 ICL8038 原理图ICL8038 是一种集成度很高的芯片 的方波 -三角波 -正弦波的波形,只需要外加少量调整电路即可以获得完善2 采纳振荡电路获得正弦波 ,再由比较器获得方波 ,最终通过积分电路获得三角波图二 函数发生器原理一3 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计图三 函数发生器原理二框图以上的三种方案 ,其中方案一非常的简洁 ,只需要购买一片 ICL8038 和少量电阻 和电容即可 .方案二和方案三 ,有一个共同之处是都需要搭建波形变换电路 .理论上说,都是简洁可行的 .但是考虑到ICL8038 的市场价格较高 ,因此抛弃第一种方案 .但名师归纳总结 是方案二是使用RC 桥式正弦波振荡器作为整个电路的基础,考虑到正弦振荡电路第 6 页,共 21 页的稳固性 ,因此挑选方案三做为最终的方案. - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计其次章 各组成部分的工作原理2.1 方波发生电路的工作原理C1R123U1R4Rp223U24R215Rp1 50%1 R1754R3 50%图四 方波三角波产生电路此电路由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成； RC 回路既作为推迟环节,又作为反馈网络,通过 RC 充、放电实现输出状态的自动转换；设某一时刻输出电压 Uo=+Uz, 就同相输入端电位 Up=+UT ； Uo 通过 R3 对电容 C 正向充电,如图中实线箭头所示；反相输入端电位 n随时间 t 的增长而逐步增高,当 t 趋于无穷时, Un 趋于 +Uz；但是,一旦 Un=+Ut, 再稍增大,Uo 从+Uz 跃变为 -Uz, 与此同时 Up 从+Ut 跃变为 -Ut ；随后,Uo 又通过 R3 对电容 C 反向充电,如图中虚线箭头所示；Un 随时间逐步增长而减低,当t 趋于无穷大时,Un 趋于 -Uz；但是,一旦 Un=-Ut, 再减小, Uo 就从 -Uz 跃变为 +Uz ,Up 从-Ut 跃变为 +Ut ,电容又开头正相充电；上述过程周而复始,电路产生了自激振荡；2.2 方波 -三角波转换电路的工作原理名师归纳总结 UTR 3R 2Uo2 mT4R 2R 4R p2C 1R p 1R 3R p1第 7 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计图五 迟滞比较器电压传输特性图六 三角波发生器的工作波形工作原理如下：假设 a 点断开,运算发大器 A1 与 R1、R2 及 R3、RP1 组成电压比较器,C1 为加速电容,可加速比较器的翻转；运放的反相端接基准电压,即 U-=0,同相输入端接输入电压 Uia,R1 称为平稳电阻；比较器的输出 Uo1 的高电公平于正电源电压 +Vcc ,低电公平于负电源电压-Vee|+Vcc|=|-Vee|, 当比较器的 U+=U-=0 时,比较器翻转, 输出 Uo1 从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平 Vee 跳到高电平 Vcc；设 Uo1=+Vcc, 就R 2 R 3 RP 1U V CC U ia 0R 2 R 3 RP 1 R 2 R 3 RP将上式整理,得比较器翻转的下门限单位 Uia- 为名师归纳总结 UiaR 3R 2VCCR 3R 2V CCUia+ 为第 8 页,共 21 页RP 1RP 1假设 Uo1=-Vee,就比较器翻转的上门限电位- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计UiaR 3R 2VEEiaR 3R 2VCCR 2ICCRP 1RP 1比较器的门限宽度UHUUia2R 3RP 1由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图五所示；a 点断开后,运放A2 与 R4、RP2、C2 及 R5 组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1 ,就积分器的输出Uo2 为UO2R 412UO1 dtRP C 2UO1V CC时,UO2R 4V CC2tR 4V CC2tRP CRP CUO1V EE时,UO2R 4V EE2tR 4V CCtRP CRP C 2可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系图 六所示；a 点闭合,既比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,就自动产生方波-三角波；三角波的幅度为UO2mR 3R 2V CCRP 1方波 -三角波的频率f 为f4R 2R 3RP 12R 4RP C由以上两式可以得到以下结论：名师归纳总结 1.电位器 RP2 在调整方波 -三角波的输出频率时,不会影响输出波形的幅度；假设要求输出第 9 页,共 21 页频率的范畴较宽,可用C2 转变频率的范畴,PR2 实现频率微调；2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc ；三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc ；电位器 RP1 可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计2.3 三角波 - 正弦波转换电路的工作原理图七 三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成；差分放大器具有工作点稳固,输入阻抗高,抗干扰才能较强等优点；特殊是作为直流放大器,可以有效的抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波；波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性；分析说明,传输特性曲线的表达式为：IC2aIE2I1IaI0UTIC1aIE11aI0/UTU eid/式中aC/E1eUid0I 差分放大器的恒定电流；UT温度的电压当量,当室温为25oc 时, UT26mV ；假如 Uid 为三角波,设表达式为名师归纳总结 Uid4 UmmttT0ttT第 10 页,共 21 页T424 U3 TTTT42- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计式中 Um 三角波的幅度；T三角波的周期；为使输出波形更接近正弦波,由图可见：（1）传输特性曲线越对称,线性区越窄越好；（2）三角波的幅度 Um 应正好使晶体管接近饱和区或截止区；（3）图为实现三角波正弦波变换的电路；其中 Rp1 调剂三角波的幅度,Rp2 调整电路的对称性,其并联电阻 RE2 用来减小差分放大器的线性区；电容 C1,C2,C3 为隔直电容, C4 为滤波电容,以滤除谐波重量,改善输出波形；图八 正弦波发生器的工作波形2.4 电路的参数挑选及运算1. 方波- 三角波中电容 C1变化关键性变化之一实物连线中,我们一开头很长时间出不来波形,后来将C2 从 10uf 理论时可出来波形名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计换成 0.1uf时,顺当得出波形；实际上,分析一下便知当C2=10uf 时,频率很低,不简洁在实际电路中实现；UO mR 3R 2V CCRP3. 2三角 - 正弦波部分运算比较器A1 与积分器 A2的元件运算如下；20 K,RP1为 47K 的点位器；区平稳电UO mR 3R 2V CCRP即R 3R 2UO2m41RP 1V CC123取R 210 K,就R 3RP 130 K,取R 3阻R 1R 2/R 3RP 110 K由式 3-62 f4 R 2R 3RP 12R 4RP CRP 275 7.5 k,取R 45.1 k,为 100K即R 4RP 1R 3RP 14R 2C2当 1 HZf10时,取C 210F ,就R 4 电位器；当 10HZf100时 ,取C 21F 以实现频率波段的转换,R4 及 RP2的取值不变；取平稳电阻R 510 k；三角波 >正弦波变换电路的参数挑选原就是：隔直电容C3、C4、C5 要取得较大,由于输出频率很低,取 C 3 C 4 C 5 470 F ,滤波电容 C 视输出的波形而定,假设含高次斜波成分较多,C 可取得较小,C 一般为几十皮法至微法；RE2=100欧与 RP4=100 欧姆相并联,以减小差分放大器的线性区；差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线,调整 RP4 及电阻 R确定；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计第三章 函数发生器的总方案图九 函数发生器总设计图名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计第四章 仿真结果1三角波 - 正弦波函数发生器波形图十 三角波 - 正弦波函数发生器波形2方波 - 三角波函数发生器波形名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计图十一 方波- 三角波函数发生器波形第五章 电路的安装与调试5.1 方波 - 三角波发生电路的安装与调试三角波产生电路1. 把两块 741 集成块插入面包板,留意布局；2. 分别把各电阻放入适当位置,特殊留意电位器的接法；3. 按图接线,留意直流源的正负及接地端；三角波产生电路1. 接入电源后,用示波器进行双踪观看；2. 调剂 RP1,使三角波的幅值满意指标要求；3. 调剂 RP2,微调波形的频率；4. 观看示波器,各指标到达要求后进行下一部按装；5.2 三角波 - 正弦波转换电路的安装与调试正弦波变换电路1. 在面包板上接入差分放大电路,留意三极管的各管脚的接线；2. 搭生成直流源电路,留意 R* 的阻值选取；3. 接入各电容及电位器,留意 C6 的选取；4. 按图接线,留意直流源的正负及接地端；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计正弦波变换电路 1. 接入直流源后,把 C4 接地,利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2. 测试 V1 、V2 的电容值,当不相等时调剂 RP4 使其相等；3. 测试 V3、 V4 的电容值,使其满意试验要求；4. 在 C4 端接入信号源, 利用示波器观看,逐步增大输入电压,当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压；5.3 总电路的安装与调试 1. 把两部分的电路接好,进行整体测试、观看 2. 针对各阶段显现的问题,逐各排查校验,使其满意试验要求,即使正弦波的峰峰值 大于 1V ；5.4 调试中遇到的问题及解决的方法方波 -三角波 -正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的 单元电路的先后次序分级装调与级联；1 方波 -三角波发生器的装调,在装调多级电路时通常依据由于比较器A 1 与积分器 A 2 组成正反馈闭环电路,同时输出方波与三角波,这两个单元电路可以同时安装；需要留意的是,安装电位器RP1 与 RP2之前,要先将其调整到设计值,如设计举例题中, 应先使 RP1=10K ,RP2K 内的任一值 , 否就电路可能会不起振；只要电路接线正确,上电后, UO1 的输出为方波, UO2 的输出为三角波,微调 RP1, 使三角波的输出幅度满意设计指标要求有,调剂 RP2,就输出频率在对应波段内连续可变；2三角波 -正弦波变换电路的装调依据图 375 所示电路,装调三角波 正弦波变换电路,其中差分发大电路可利用课题三设计完成的电路；电路的 调试步骤如下；1 经电容 C4 输入差摸信号电压 Uid=50v ,Fi =100Hz 正弦波；调剂 Rp4 及电阻 R*,是传输特性曲线对称；在逐步增大 Uid ；直到传输特性曲线外形入图 373 所示,记 下次时对应的 Uid 即 Uidm 值；移去信号源,再将 C4 左段接地,测量差份放大器的 静态工作点I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4. 2 Rp3 与 C4 连接,调剂 Rp3 使三角波俄 输出幅度经 Rp3 等于 Uidm 值,这时 Uo3 的 输出波形应 接近 正弦波,调剂 C6 大小可改善输出波形；假如 Uo3 的 波形显现如图 376 所示的 几种正弦波失真,就应调剂和改善参数,产生是真的 缘由及实行的措施有；1钟形失真 如图 a所示,传输特性曲线的 线性区太宽,应减小 Re2；2半波圆定或平顶失真 如图 b所示,传输特性曲线对称性差,工作点 Q 偏上或偏下,应调整电阻 R*. 3非线性失真 如图 C所示,三角波传输特性区线性度 差引起的失真,主要是受到运放的影响；可在输出端加滤波网络改善输出波形；3性能指标测量与误差分析1放波输出电压Upp =2Vcc 是由于运放输出极有PNP 型两种晶体组成复合互补对称电路,输出方波时,两管轮番截止与饮和导通,由于导通时输出电阻的影响,使方波输出度小于电源电压值；名师归纳总结 2方波的上升时间T,主要受预算放大器的限制；假如输出频率的T 限制；可接俄加第 16 页,共 21 页速电容 C1,一般取 C1 为几十皮法；用示波器或脉冲示波器测量- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计第六章 电路的试验结果6.1 方波 - 三角波发生电路的试验结果fmin=4138HZ fmax=8333HZ fmin=198HZ fmax=1800HZ C=1uf fmin=28HZ fmax=207HZ 图十二 方波- 三角波发生电路的试验结果6.2 三角波 - 正弦波转换电路的试验结果名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计R=15K 图十三 三角波 - 正弦波转换电路的试验结果试验结果分析模拟仿真 R*= 13 K图十四 三角波 - 正弦波转换电路的试验结果分析报告6.3 实测电路波形、误差分析及改良方法将 C6替换为由两个 .1uF 串联或直接拿掉 , C1=0.1uF U=54mv Uo=2.7v >1v C1=0.01F U=54mv Uo=2.8v>1v 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计第七章 试验总结一个礼拜的课程设计已经终止,为期一个星期的课程设计已经终止,在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感受颇深；这次课程设计 ,让我学会了如何如挑选和设计电路.动手才能和使用电路软件的才能得到了肯定的提高.使我对抽象的理论有了详细的熟识；通过这次课程设计,我把握了常用元件的识别和测试；熟识 了常用的仪器外表；明白了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电 路的性能等等；在试验过程中,我们遇到了不少的问题；比方：波形失真,甚至 不出波形这样的问题； 我也发觉自己并不能够娴熟的使用自己所学到的模电知 识 .再有后的学习中 ,我要加强自己对电路的设计和使用的才能 .但是由于这次课程 ,并且有章可循 ,在各种资料的指引下 ,我们完成起来并不是 设计的试验电路很简洁很难 .课程设计只是我们以后从事技术工作的一个缩影 们动手设计电路的才能 ,能够让我们更好的组织试验 力.也为我们以后的毕业设计和电子工作打下了基础,通过这种训练 ,可以提高我 .培育分析问题 ,解决问题的能 . 通过这次对函数信号发生器的设计,更加让我明白了理论联系实际的重要性.明白了动手实践的重要性.由于理论与实际究竟有肯定的距离.同时这次设计加深了我对所学学问的懂得 .个人觉得这次课程设计中最难的部分就是仿真的制作.由于平常对电路仿真软件的使用并不是非常的明白 ,在这次仿真试验的过程中遇到了很大的麻烦 .第一花了大量的时间去学习使用电路仿真软件 .总之,“ 实践是检验真理的唯独标准”；与君共勉；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计第八章仪器外表清单设计所用仪器及器件名师归纳总结 F 1直流稳压电源1 台第 20 页,共 21 页2双踪示波器1 台3万用表1 只4运放 741 2 片5电位器 50K 2 个100K 1 个1001 个6电容 470 F 3 个10 F 1 个1 F 1 个2 个 F 1 个4 个7三极管 9013 8面包板1 块9剪刀把10仪器探头线2 根11电源线4 根- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 武汉理工高校模拟电子技术基础课程设计第九章参考文献第五版 .华中科技高校出版社,高吉利主编 .全国高校生电子设计竞赛培训教程.电子工业出版社,2007-6-7名师归纳总结 童诗白主编模拟电子技术基础第三版北京：高教出版社,2001 第 21 页,共 21 页胡宴如主编 . 模拟电子技术 . 北京 . 高等训练出版社,2000 2000 谢自美电子线路设计,试验,测试其次版华中科技高校出版社,- - - - - - -