电子课程设计

1电子系统课程设计函数信号发生器的设计姓名：李春阳院系：信息工程学院专业：电子信息工程学号：20906021026指导老师：周云艳2目录1.函数发生器总方案及原理框图................................................................................31.1函数发生器的总方案论证..............................................................................31.2原理框图...........................................................................................................42．课程设计的目的和设计的任务..............................................................................42.1设计目的..........................................................................................................42.2设计任务...........................................................................................................43．元器件选择..............................................................................................................54．各组成部分的工作原理及实现功能......................................................................54.1方波发生电路的工作原理..............................................................................54.2方波---三角波转换电路的工作原理..............................................................64.3三角波---正弦波转换电路的工作原理..........................................................84.4电路的参数选择及计算...................................................................................94.5总电路图........................................................................................................105.电路的安装与调试..................................................................................................115.1方波---三角波发生电路的安装与调试........................................................115.2三角波---正弦波转换电路的安装与调试....................................................115.3总电路的安装与调试....................................................................................125.4调试中遇到的问题及解决的方法.................................................................126．实验总结................................................................................................................137．参考文献................................................................................................................1331.函数发生器总方案及原理框图1.1函数发生器的总方案论证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)。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锯齿波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波、锯齿波的方案有多种，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和锯齿波；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和锯齿波等等。本课题采用先产生方波-三角波和锯齿波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，41.2原理框图2．课程设计的目的和设计的任务2.1设计目的1．掌握电子系统的一般设计方法2．学习用软件对电路进行仿真3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力4．掌握常用元器件的识别和测试5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法2.2设计任务设计方波/三角波/正弦波/锯齿波函数信号发生器有下列要求：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、锯齿波；3．频率范围：频率范围一般分为若干波段：1HZ~10HZ,4．输出电压幅值:方波：12v，三角波：4v；正弦波》1v。53．元器件选择设计所用仪器及器件：1、电阻：10k欧姆的5个；20k欧姆的1个，5.1k欧姆的1个，8.1k欧姆的1个，100欧姆的1个；6.8k欧姆的1个，2k欧姆的2个。2、电位器：50000欧姆的2个，100欧姆的1个，100000欧姆的2个；3、晶体三极管；3个4、电容；10uf的1个，1uf的1个，470uf的3个，0.1uf的1个5、集成运算放大器：uA747个6、直流电源：+12v，-12v7、开关1个，8、示波器1个9、万用表1个10、导线若干根。4．各组成部分的工作原理及实现功能4.1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6又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。4.2方波---三角波转换电路的工作原理R112354U1R2R350%Rp1R450%Rp212354U2C1R17方波—三角波产生电路工作原理如下：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（|+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()0CCiaRRPRUVURRRPRRRP将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为223131()CCCCiaRRUVVRRPRRPmopURRRU2132T131242)(4ppRRCRRRT7若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为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3-71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，则积分器的输出Uo2为214221()OOUUdtRRPC1OCCUV时，2422422()()()CCCCOVVUttRRPCRRPC1OEEUV时，2422422()()()CCEEOVVUttRRPCRRPC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，其波形关系下图所示。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()RRPfRRRPC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。若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。84.3三角波---正弦波转换电路的工作原理三角波——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。分析表明，传输特性曲线的表达式为：022/1idTCEUUaIIaIe011/1idTCEUUaIIaIe式中/1CEaII0I——差分放大器的恒定电流；TU——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。如果Uid为三角波，设表达式为44434midmUTtTUUTtT022TtTtT式中Um——三角波的幅度；9T——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。三角波-正弦波变换4.4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）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。2.三角波-正弦波部分比较器A1与积分器A2的元件计算如下。10由式（3-