模电课程设计报告模板

苏州科技学院天平学院模拟电子技术课程设计报告课设名称正弦波－方波－三角波信号发生器设计专业班级电子信息工程（物联网1221）学号姓名张琪梁易晓模拟电子技术课程设计报告一设计课题名称正弦波－方波－三角波信号发生器设计二课程设计目的、要求与技术指标2.1课程设计目的（1）巩固所学的相关理论知识；（2）实践所掌握的电子制作技能；（3）会运用EDA工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试，进一步完善理论设计；（4）通过查阅手册和文献资料，熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则；（5）掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题；（6）学会撰写课程设计报告；（7）培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风；（8）完成一个实际的电子产品，提高分析问题、解决问题的能力。2.2课程设计要求（1）根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图，分析工作原理，计算元件参数；（2）列出所有元器件清单；（3）仿真设计的电路，达到设计要求；（4）记录实验结果。2.3技术指标（1）输出波形：方波－三角波－正弦波；（2）频率范围：100HZ~200HZ连续可调；（3）输出电压：正弦波-方波的输出信号幅值为6V.三角波输出信号幅值为0~2V连续可调；（4）正弦波失真度：%5。三系统知识介绍3.1函数发生器原理方案一：函数发生器组成框图，主要有RC桥式震荡电路，过零比较器，积分器三大主要模版电路构成。经过RC桥式振荡电路产生正弦波，再经过零比较器产生方法，然后由积分器产生三角波。方案二：由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波形成变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。3.2函数发生器的各方案比较方案一：通过RC桥式振荡器产生正弦波，在通过过零比较器变为方波，最后通过积分器得到三角波。方案二：正弦波、方波、三角波同时得出，通过控制电路可以分别输出。因为方案二电路运用积分电路产生信号，所用的元器件较少，思路清晰，所以最终选择方案二。四电路方案与系统、参数设计4.1基于集成运算放大器与晶体管差分放大器的函数发生器4.1.1设计思路函数发生器组成框图，主要有RC桥式震荡电路，过零比较器，积分器三大主要模版电路构成。经过RC桥式振荡电路产生正弦波，再经过零比较器产生方法，然后由积分器产生三角波。其总的原理设计框如图：三角波RC桥式震荡器过零比较器积分器正弦波方波4.1.2工作原理正弦波产生电路利用RC乔氏振荡电路产生正弦波，原理如下图：其中RC串联电路构成正反馈支路，同时兼选频网络，R1，R2，R5及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R4，可以改变负反馈深度，以满足震荡的振幅条件和改善波形，利用两个反向二极管D1,D2正向电阻的非线性来实现稳幅。D1,D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。R1的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。振荡频率：12210CRf其振幅值条件：)||3(5421rvdRRRRfRRf方波产生电路：利用过零比较器产生方波，其原理如下图所示，其中D3,D4决定其输出电压的幅值。图4过零比较器原理图由图可知，该电路为处于开环状态的集成运放是一个最简单的过零比较器。犹豫理想运放的开环增益为无穷大。因此，当输入信号小于零时，输出为高电平；当输入信号大于零时，输出为低电平。从示波器输出波形可知，当输入为正弦波时输出为正弦波。其中稳压管的作用是实现限幅。方波的幅值为：UzUom三角波产生电路：利用积分器产生三角波，其原理电路如下图所示：积分器原理图图中，同相输入端接地，由于输入端不取电流，同相端电位为零，反相端虚地，流过电容的电流与流过电阻的电流相等经计算可知当输入方波时输出为三角波。三角波的幅值：RviiRicvidtRCicdtCvo11VcCRViUom114.1.3元器件与参数设计示波器、电容、电阻、滑动变阻器、稳压二极管、普通二极管等4.1.4具体仿真电路图4.1.5仿真结果与分析分三段介绍：第一段描述实验；第二段给出不同参数给出的结果，第三段分析总结经过RC桥式振荡电路产生正弦波，在经过零比较器产生方波，然后由积分器产生三角波。当可变电容为150nf时，它的12%对应800HZ，14%对应700HZ，17%对应600HZ，20%对应500HZ，25%对应400HZ，34%对应300HZ，51%对应200HZ，99%对应100HZ。通过调节可变电容来达到调节频率的目的。后面产生的方波，三角波的频率与正弦波的频率保持一致，所以只要调节正弦波的频率就能达到调节整个电路的目的。4.1.6器件清单表元器件名称个数型号虚拟示波器1XSC1可变电容2150nf可变电容16uf滑动变阻器115KΩ电阻310KΩ电阻115KΩ电阻12.7KΩ电阻17KΩ电阻16.8KΩ电阻18KΩ常规二极管2In4007稳压二极管2In5235D集成运放2TLV2273CD集成运放1TLC25L2ACD直流电源212V4.2基于积分电路的函数发生器4.2.1设计思路首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波形成变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。4.2.2工作原理方波发生电路的工作原理：用555定时器组成的多谐振荡如图所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使第3脚Vo为低电平，同时555内放电三极管导通，此时电容C2通过R3、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，Vo翻转为高电平。电容器C2放电所需时间为lpL=（R3+Rp）C2ln2当放电结束时。T截止，Vcc将通过R1，R3，Rp向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需时间为lpH=（R1+R2+Rp）C2ln2=0.7（R1+R3+Rp）C2当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图，器震荡频率为f=1/(tpl+tph)=1.43/(R1+2R3+2Rp)C2。方波-三角波转换电路的工作原理：RC积分电路是一种比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC即扽电路还可以用于延时、定时一击各种波形的产生或变换。由555定时器组成的多谐振荡输出的方波经C4耦和输出，如图所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。三角波-正弦波换电路的工作原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。4.2.3元器件与参数设计555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2到R3到RP到C2；C2的放电回路是C2到RP到R3到IC的7脚（放电管）。由于R3+RPR2，所以充电时间常数与当点时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示原件参数，其频率为2KHZ左右，调节电位器RP可改变震荡器的频率。方波信号R5、C7是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源指示灯。4.2.4具体仿真电路图4.2.5仿真结果与分析由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波。当可变电容为20Ku时，它的10%对应200HZ，23%对应150HZ，39%对应100HZ，60%对应50HZ。三个波形可以在三个显示器上显示，而且频率可以不一样。4.2.6器件清单表元件序号型号主要参数数量ALM3241R10K3R1.8K1R1K6R104稳压管6V2R100K2DIN40074C0.1uF2五实验结果与分析方案一的结果中三个电路是出现在同一个显示器上的，且频率相同，能改善发生信号的非线性失真，但其调试过程麻烦，所需元器件较多；而方案二的三个波形是出现在三个显示器上的，频率可以不同，这就加大了实验的可操作性，而且实验原理简单，便于操作和计算。但第二个实验出现波形的次序只可以是方波、三角波、正弦波。六讨论1.方案一中选择稳压对管与电阻的组合来保证矩形波的输出值。2.通常选用引入电压串联负反馈的放大电路来减少放大电路对选频特性的影响。3.进行实验时为了便于调节参数，选用了较多的电位器，实际上有的电位器可以用定值电阻代替而不影响实验结果.4.方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc.三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。电位器Rp1可以实现幅度的微调，但会影响方波—三角波的频率。七成员分工主要成员主要完成工作自评张琪设计、连接实验电路，进行仿真，写报告良梁易晓设计、连接实验电路，进行仿真，写报告良八设计总结经过几天的设计我们基本上完成了课题任务，分两种情况设计电路，并分别得到了正确的结果，虽然过程中遇到很多困难，尝试了很多构思都不成功，但好在还是坚持把题目完成了。这次实验运用了很多理论知识，什么RC桥式振荡器、零比较器、积分器等等，差不多把学过的模电知识都运用到了，但在实验过程中也明显感到自己理论知识学得不太扎实，很多东西化为实践就不知道该怎么用，为什么这么用，让我们知道了理论必须和实践要结合起来。这个课题涉及的知识点很广，每个细节都要求我们熟练把握，很多时候都不知道下一步应该干什么，都是和同组同学互相交流才能得到答案，我觉得老师应该安排一点时间为我们答疑以便我们能更好的完成实验。通过这次课程设计，增强了我们的思考、动手能力和解决问题的能力。主要参考文献[1]康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）.出版社：高等教育出版社，2006年.[2]董尚斌.电子线路（1）[M].出版社:清华大学出版社，2007年.[3]户彩凤.电子技术实验指导书[M].出版社:电子工程系，2006年.[4]董玉冰.Multisim9在电工电子技术中的应用.清华大学出版社，2008年.