模电函数发生器课程设计报告

模拟电子技术课程设计扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题目：函数发生器的设计课程：模拟电子技术基础专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：模拟电子技术课程设计第一部分任务及指导书（含课程设计计划安排）模拟电子技术课程设计《模拟电子技术》课程设计任务指导书课题：函数发生器的设计一个电子产品的设计、制作过程所涉及的知识面很广；加上电子技术的发展异常迅速，新的电子器件的功能在不断提升，新的设计方法不断发展，新的工艺手段层出不穷，它们对传统的设计、制作方法提出了新的挑战。但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下电子产品的设计、制作的基本过程是很有必要的。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的《模拟电子技术基础实验与课程设计》、《电子技术实验》等书的有关章节。函数发生器的简介函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶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。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。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，一、函数发生器的工作原理本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：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。模拟电子技术课程设计图1-1函数发生器电路组成框图二、设计目的1．掌握电子系统的一般设计方法。2．掌握模拟IC器件的应用。3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力。三、设计要求及技术指标1．设计、组装、调试函数发生器2．输出波形：正弦波、方波、三角波；3．频率范围：在10－10000Hz范围内可调；4．输出电压：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ1V；四、设计所用仪器及器件1．直流稳压电源2．双踪示波器3．万用表4．运放7415．电阻、电容若干6．三极管7．面包板模拟电子技术课程设计五、日程安排1．布置任务、查阅资料，方案设计。（一天）根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出详细的原理图。2．上机在EDB（或EDA）对设计电路进行模拟仿真调试、画电路原理接线图。（半天）要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。3．电路的装配及调试。（两天半）在面包板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。4．总结报告。（一天）六、课程设计报告内容：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1．课程设计的目和设计的任务2．课程设计的要求及技术指标3．总方案的确定并画出原理框图。4．各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性(结合设计图写)5．总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解）。6．电路安装、调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。7．实验结果分析，改进意见及收获。8．体会。七、电子电路设计的一般方法：1．仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。（1）设计总体方案。（2）设计单元电路、选择元器件、根据需要调整总体方案。（3）计算电路（元件）参数。（4）绘制总体电路初稿。（5）上机在EDB（或EDA）电路实验仿真。模拟电子技术课程设计（6）绘制总体电路。2．明确电路图设计的基本要求进行电路设计。并上机在EDB（或EDA）上进行电路实验仿真，电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验仿真大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。3．掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。对于常用元器件，不少手册有所介绍。4、熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识,提高解决实际问题的能力。5、独立书写课程设计报告。模拟电子技术课程设计第二部分课程设计报告模拟电子技术课程设计目录1设计的目的及任务……………………………………………………………（1）1.1课程设计的目的…………………………………………………………（1）1.2课程设计的任务与要求…………………………………………………（1）1.3课程设计的技术指标……………………………………………………（1）2电路设计总方案及原理框图………………………………………………（2）2.1电路设计原理框图……………………………………………………（2）2.2电路设计方案设计……………………………………………………（2）3各部分电路设计……………………………………………………………（3）3.1方波发生电路的工作原理………………………………………………（3）3.2方波---三角波转换电路的工作原理……………………………………（3）3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理…………………………………（6）3.3电路的参数选择及计算……………………………………………………（8）3.5总电路图…………………………………………………………………（8）4电路仿真……………………………………………………………………（10）4.1方波---三角波发生电路的仿真…………………………………………（10）4.2三角波---正弦波转换电路的仿真………………………………………（12）5电路的安装与调试…………………………………………………………（15）5.1方波---三角波发生电路的安装与调试…………………………………（15）5.2三角波---正弦波转换电路的安装与调试………………………………（15）5.3总电路的安装与调试……………………………………………………（15）5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法………………………（16）6电路的实验结果……………………………………………………………（17）6.1方波---三角波发生电路的实验结果……………………………………（17）6.2三角波---正弦波转换电路的实验结果…………………………………（17）6.3实测电路波形、误差分析及改进方法…………………………………（18）7收获与体会…………………………………………………………………（19）8仪器仪表明细清单…………………………………………………………（20）参考文献………………………………………………………………………（21）模拟电子技术课程设计1一．设计的目的及任务（一）课程设计的目的1．掌握电子系统的一般设计方法。2．掌握模拟IC器件的应用。3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力。（二）课程设计的任务与要求1．仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。（1）设计总体方案。（2）设计单元电路、选择元器件、根据需要调整总体方案。（3）计算电路（元件）参数。（4）绘制总体电路初稿。（5）上机在EDB（或EDA）电路实验仿真。（6）绘制总体电路。2．明确电路图设计的基本要求进行电路设计。并上机在EDB（或EDA）上进行电路实验仿真，电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验仿真大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。3．掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。对于常用元器件，不少手册有所介绍。4．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识,提高解决实际问题的能力。5．独立书写课程设计报告。（三）课程设计的技术指标1.设计、组装、调试函数发生器；模拟电子技术课程设计22.输出波形：正弦波、方波、三角波；3.频率范围：在10－10000Hz范围内可调；4.输出电压：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ1V；二．电路设计总方案及原理框图（一）电路设计原理框图函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证经济、方便、优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的原件，焊接出具体的实物图，并在实验室对焊接好的实物图进行调试，观察效果并与最初的设计要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。图2-1函数发生器电路组成框图（二）电路设计方案设计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模拟电子技术课程设计3器传输特性曲线的非线性。能实现频率可调的指标要求，且能实现一定范围内的幅度调节。但积分电路的时间参数选择需保证电路不出现积分饱和失真。三．各部分电路设计（一）方波发生电路的工作原理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=+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。图3-1方波发生电路U-=UcU+=(R3/(R3+R4+Rp2))(+Uz)Ut=(R3/(R3+R4+Rp2))(+Uz)Uc(t)=Uc(oo)+[Uc(0)-Uc(oo)]e^-t/τUt+=Uz+[Ut_-Uz]T=2τ/ln(1+2R3/（R4+Rp2))（二）方波---三角波转换电路的工作原理模拟电子技术课程设计4图3-2方波-三角波产生电路图图3-3比较器的电压传输特性图3-4方波----三角波变换工作原理如下：若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（|+V