金陵科技学院模电课程设计

1课程设计报告题目方波、三角波、正弦波信号发生器设计课程名称模拟电子技术课程设计院部名称智控院专业自动化班级14自动化学生姓名钱涛学号1417102015课程设计地点C105课程设计学时1周指导教师余振中金陵科技学院教务处制成绩2目录1、绪论·················································31.1相关背景知识···································31.2课程设计目的································41.3课程设计的任务·······························41.4课程设计的技术指标··································42、信号发生器的基本原理································42.1原理框图·········································42.2总体设计思路·····································53、各组成部分的工作原理································53.1正弦波产生电路································53.1.1正弦波产生电路·····························53.1.2正弦波产生电路的工作原理···················63.2正弦波到方波转换电路·····························63.2.1正弦波到方波转换电路图·····················63.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理·············73.3方波到三角波转换电路····························73.3.1方波到三角波转换电路图·····················73.3.2方波到三角波转换电路的工作原理·············84、电路仿真结果·······································94.1正弦波产生电路的仿真结果·······················94.2正弦波到方波转换电路的仿真结果················934.3方波到三角波转换电路的仿真结果················95、设计结果分析与总结································10参考文献·············································41.绪论1.1相关背景知识在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。1.2课程设计目的通过本次课程设计所要达到的目的是：提高学生在模拟集成电路应用方面的技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过电路设计初步掌握工程设计方法，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法，为后续课程的学习和今后从事的实际工作打下必要的基础。1.3课程设计的任务①设计一个方波、三角波、正弦波函数发生器；②能同时输出一定频率一定幅度的三种波形：正弦波、方波和三角波；③用±5V电源供电；1.4课程设计的技术指标①输出波形：正弦波、方波、三角波；②频率范围在10Hz-10000Hz范围内可调；52.信号发生器的基本原理2.1原理框图图1正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图2.2总体设计思路RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如图1所示，先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。3.各组成部分的工作原理3.1正弦波产生电路3.1.1正弦波产生电路6图2正弦波产生电路图3.1.2正弦波产生电路的工作原理图3RC桥式正弦波振荡电路电路中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼做选频网络，R1、R2、RP及二极管等元件构成反馈和稳幅环节。调节电位器RP，可以改变负反馈深度，满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管VD1、VD2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。VD1、VD2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。7其中：R4、R5、C1、C2构成RC串并联电路，故R4=R5，C1=C2。电容C1,C2.电阻R4,R5是整个电路频率大小的关键，电路的振荡频率RCf210起振的幅值条件21RRf式中，。为二极管正向导通电阻并联DDRPfrrRRRR),(32调整反馈电阻fR（调RPR），使电路起振，且波形失真最小。如果不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大fR。如果波形失真严重，应适当减小fR。改选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作为频率量程切换，而调节R作为量程内频率细调。3.2正弦波到方波转换电路3.2.1正弦波到方波转换电路图图4正弦波转换为方波3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理8集成运放处于开环状态，工作在非线性区，输入信号Ui加在正向输入端，当输入信号为正时，即U+为正时，U+U-，则输出为正。当输入信号为负时，即U+为负时，U-U+，则输出为负，如此周而复始，在集成运放输出端便得到了矩形波。3.3方波到三角波转换电路3.3.1方波到三角波转换电路图图5方波转换为三角波3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理当电源接通时，假设电容器初始电压为零，集成运放A2输出电压为正饱和电压值+Uz，积分器输入为+Uz，电容C开始充电，输出电压Uo3开始减小，u+值也随之变小，当Uo3减小到-(R8*Uz)/R10时.u+由正值变为零，滞回电压比较器A2翻转，集成运放A2的输出Uo2=-Uz.当Uo2=-Uz时，积分器输入负电压，输出电压Uo3开始增大，u+值也随之增大，当Uo3增加到(R8*Uz)/R10时，u+由负值变为零，滞回电压比较器A1翻转，集成运放A2的输出Uo2=Uz,9此后，上述过程不断重复，便在A2的输出端得到幅值Uz的矩形波，A3输出端得到三角波。方波幅值ZomUU三角波幅值调节RPR可以改变振荡频率，改变比值21RR可以调节三角波的幅值。4、电路仿真结果4.1正弦波产生电路的仿真结果4.2正弦波到方波转换电路的仿真结果4.3方波到三角波转换电路的仿真结果105、设计结果分析与总结通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在自己查阅资料以及老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说坐而言不如立而行，对于这些电路还是自己动手实际操作才会有深刻理解。感谢学校和老师给我安排了这次课程设计，让我真正感受到的是合作的重要，许多时候都是同学的讨论，老师的指导中的一句半句启发了我，就出现了让人欣喜的结果；理论知识同样很重要，有些问题都是基础知识掌握不好才出现的。总的来说。我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，他需要我们将学过的相关知识11系统地联系起来，从中暴露出自己的不足，以待改正。整个设计可以基本实现其功能，由于水平有限，难免有错误，还希望老师批评指正。所以在以后的学习生活中，我要更加努力，牢牢掌握基本理论知识，然后在此基础上多动手实践，努力改正这次课程设计中所出现的错误，让自己在电路设计方面更上一层楼。参考文献1、华成英、《模拟电子技术基础》、2005、高等教育出版社2、董平、《电子技术实验》、2003、电子工业出版社3、童诗白、《模拟电子技术基础》（第四版）、2006、高等教育出版社4、康华光《电子技术基础（模拟部分）》、高等教育出版社