2022年模电三角波正弦波课程设计要点 .pdf

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1、武汉理工大学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国际教育学院专业通信工程班级通信 gj0801 姓名罗云月指导教师撒继铭2011 年1 月23 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计课程设计任务书学生：罗云月专业班级：通信 gj0801 指导教师：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

2、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(1)输出的频率范围为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1v (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，以及说明书撰写等具体要求时间安排：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 ,准备答辩第 21 周:答辩精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳

3、总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计指导教师签名： 2011年 1 月 11 日系主任或责任教师签名：年月日目录摘要分析工作原理及作图3第一章方案的选择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第二章各部分电路设计32.1 方波发生电路的工作原理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 电路的参数选择及计算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114.2 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135.1 方

4、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第六章电路的实验结果14精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计6.1 方波- 三角波发生电路的实验结果146.2 三角波- 正弦波转换电路的实验结果146.3 实测电路波形、误差分析及改良方法15第七章实验总结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

5、梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，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 全部采用晶体管 )，也可以采用集成电路 (如单片函数发生器模块8038)。 为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用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。本课题采用先产生方波三角波，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定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作

6、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 方案的选择1采用集成片 ICL8038 做函数信号发生器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页武汉理工大学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,只需要外加少量调整电路即可以获得完美的方波 -三角波 -正弦波的波形2采用振荡电路获得正弦波 ,再由比较器获得方波 ,最后通过积分电路获得三角波图二函数发生器原理一3 精选学习资料 - -

7、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页武汉理工大学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 ,其中方案一十分的简单 ,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,都是简单可行的 .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的稳定性 ,因此选择方案三做为最终的方案. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

8、- - - -第 6 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计第二章 各组成部分的工作原理2.1 方波发生电路的工作原理R112354U1R2R3 50%Rp1R4 50%Rp212354U2C1R17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 回路既作为延迟环节，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, 则同相输入端电位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 的增长而逐渐增高，当t 趋于无穷时， Un 趋于 +Uz；但是，一旦Un=

9、+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 随时间逐渐增长而减低，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 ，电容又开始正相充电。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mopURRRU2132T131242)(4ppRRCRRRT精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，

10、共 21 页武汉理工大学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 称为平衡电阻。比较器的输出Uo1 的高电平等于正电源电压+Vcc ，低电平等于负电源电压-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, 则312231231(

11、)0CCiaRRPRUVURRRPRRRP将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为223131()CCCCiaRRUVVRRPRRP假设 Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计223131()EECCiaRRUVVRRPRRP比较器的门限宽度2312HCCiaiaRUUUIRRP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，则积

12、分器的输出Uo2 为214221()OOUUdtRRP C1OCCUV时，2422422()()()CCCCOVVUttRRP CRRP C1OEEUV时，2422422()()()CCEEOVVUttRRP CRRP C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，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为2231OmCCRUVRRP方波 -三角波的频率f 为3124224()RRPfRRRP C由以上两式可以得到以下结论：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

13、设要求输出频率的范围较宽，可用C2 改变频率的范围，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 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页武汉理工大学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定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，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

14、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：022/1idTCEUUaIIaIe011/1idTCEUUaIIaIe式中/1CEaII0I差分放大器的恒定电流；TU温度的电压当量，当室温为25oc 时， UT26mV。如果 Uid 为三角波，设表达式为44434midmUTtTUUTtT022TtTtT精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页武汉理工大学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

15、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 调节三角波的幅度，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，以滤除谐波分量，改善输出波形。图八正弦波发生器的工作波形2.4 电路的参数选择及计算1. 方波- 三角波中电容 C1变化关键性变化之一实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2 从 10uf 理论时可出来波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共

16、 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计换成 0.1uf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C2=10uf 时，频率很低，不容易在实际电路中实现。2231O mCCRUVRRP3. 2三角 -正弦波部分计算比较器A1 与积分器A2的元件计算如下。2231O mCCRUVRRP即223141123OmCCURRRPV取210RK，则3130RRPK，取320RK，RP1为 47K的点位器。区平衡电阻1231/()10RRRRPK由式 3-623124224()RRPfRRRP C即3141224RRPRRPRC当110ZHf时，取210CF， 则42(757.5)RRPk， 取45.1

17、Rk， 为 100K电位器。当10100ZHf时 ，取21CF以实现频率波段的转换，R4及 RP2的取值不变。取平衡电阻510Rk。三角波 正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5 要取得较大，因为输出频率很低，取345470CCCF，滤波电容6C视输出的波形而定，假设含高次斜波成分较多，6C可取得较小，6C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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，

18、共 21 页武汉理工大学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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页武汉理工大学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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页武汉理工大学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

19、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，注意布局；2. 分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3. 按图接线，注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察；2. 调节 RP1，使三角波的幅值满足指标要求；3. 调节 RP2，微调波形的频率；4. 观察示波器，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，注意三极管的各管脚的接线；2. 搭生成直流源电路，注意R* 的阻值选取；3. 接入各电容及电位器，注意C6 的选取；4. 按图接线，注意直流

20、源的正负及接地端。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页武汉理工大学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，当不相等时调节RP4 使其相等；3. 测试 V3、 V4 的电容值，使其满足实验要求；4. 在 C4 端接入信号源， 利用示波器观察，逐渐增大输入电压，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、观察2. 针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，

21、使其满足实验要求，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,在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。1 方波 -三角波发生器的装调由于比较器A1与积分器A2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。需要注意的是，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 , 否则电路可能会不起振。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足

22、设计指标要求有，调节RP2，则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按照图 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。调节Rp4 及电阻R*,是传输特性曲线对称。在逐渐增大Uid 。直到传输特性曲线形状入图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，调节 Rp3 使三角波俄输出幅度经Rp

23、3 等于 Uidm 值， 这时 Uo3 的 输出波形应接近正弦波，调节C6 大小可改善输出波形。如果Uo3 的 波形出现如图376 所示的几种正弦波失真，则应调节和改善参数，产生是真的原因及采取的措施有；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 是因为运放输出极有PNP 型两种晶体组成复合互补对称电路，输

24、出方波时，两管轮流截止与饮和导通，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。2方波的上升时间T，主要受预算放大器的限制。如果输出频率的限制。可接俄加速电容 C1，一般取C1 为几十皮法。用示波器或脉冲示波器测量T 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计第六章电路的实验结果6.1 方波- 三角波发生电路的实验结果fmin=4138HZ fmax=8333HZ fmin=198HZ fmax=1800HZ C=1uf fmin=28HZ fmax=207HZ 图十二方波-

25、三角波发生电路的实验结果6.2 三角波 - 正弦波转换电路的实验结果精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计图十三三角波 - 正弦波转换电路的实验结果实验结果分析模拟仿真 R*= 13 K图十四 三角波 - 正弦波转换电路的实验结果分析报告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=2.8v1v R=15K 精选学习资料 - - - - - - -

26、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计第七章实验总结一个礼拜的课程设计已经结束，为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。这次课程设计 ,让我学会了如何如选择和设计电路.动手能力和使用电路软件的能力得到了一定的提高.使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。在实验过程中，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。我也发现自己并不能够熟练的使用自己所学到的

27、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能力.但是由于这次课程设计的实验电路很简单,并且有章可循 ,在各种资料的指引下,我们完成起来并不是很难 .课程设计只是我们以后从事技术工作的一个缩影,通过这种训练 ,可以提高我们动手设计电路的能力,能够让我们更好的组织实验.培养分析问题 ,解决问题的能力.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.因为理论与实际毕竟有一定的距离.同时这次设计加深了我对所学知识的理解 .个人觉得这次课程设计中最难的部分就是仿真的制作.因为平时对电路仿真软件的使

28、用并不是十分的了解,在这次仿真试验的过程中遇到了很大的麻烦.首先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一标准” 。与君共勉。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计第八章仪器仪表清单设计所用仪器及器件1直流稳压电源1 台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 470F 3 个10F 1 个1F 1 个F 2 个F 1 个7三极管 9013 4 个8面包板1 块9剪刀把10仪器探头线2

29、 根11电源线4 根精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计第九章参考文献(第五版 ).华中科技大学出版社，高吉祥主编 .全国大学生电子设计竞赛培训教程.电子工业出版社，2007-6-7童诗白主编模拟电子技术基础第三版北京：高教出版社，2001 胡宴如主编 . 模拟电子技术. 北京 . 高等教育出版社，2000 谢自美电子线路设计，实验，测试第二版华中科技大学出版社，2000 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页