課程設計--函數發(fā)生器的設計

1、<p>　　目錄 </p><p>　　1. 函數發(fā)生器總方案及原理框圖1</p><p>　　1.1 函數發(fā)生器的總方案1</p><p>　　1.2 電路設計的原理框圖2</p><p>　　2. 課程設計的目的和任務3</p

2、><p>　　2.1 設計的目的3</p><p>　　2.2 課程設計的任務與要求3</p><p>　　2.3 課程設計的技術指標3</p><p>　　2.4 課程設計的時間安排4</p><p>　　3. 各部分電路設計5</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理5&l

3、t;/p><p>　　3.2 方波——三角波轉換電路的工作原理6</p><p>　　3.3 三角波——正弦波轉換電路的工作原理8</p><p>　　3.4 電路的參數選擇及計算9</p><p>　　3.5 總電路圖10</p><p>　　4. 電路的安裝與調試12</p><p>

4、　　4.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調試12</p><p>　　4.2 三角波---正弦波轉換電路的安裝與調試12</p><p>　　4.3 總電路的安裝與調試13</p><p>　　4.4 調試中遇到的問題及解決的方法13</p><p>　　5. 電路實驗結果及分析14</p><p>　　

5、5.1 方波實測結果14</p><p>　　5.2 三角波實測結果15</p><p>　　5.3 正弦波實測結果15</p><p>　　5.4 誤差分析及改進方法16</p><p>　　6. 實習總結17</p><p>　　7. 儀器儀表明細清單19</p><p>　　8

6、. 參考文獻21</p><p>　　1. 函數發(fā)生器總方案及原理框圖</p><p>　　1.1 函數發(fā)生器的總方案</p><p>　　函數發(fā)生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函數發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成

7、電路(如單片函數發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數發(fā)生器的設計方法。</p><p>　　產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題采用先產生方波—三

8、角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，</p><p>　　本課題中函數發(fā)生器電路組成框圖如下所示：</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成

9、正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p>　　1.2 電路設計的原理框圖</p><p><b>　　圖1 原理框圖</b></p><p>　　2. 課程設計的目的和任務</p><p><b>　　2.1 設計的目的</b></p><

10、p>　　1.掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法；</p><p>　　2.掌握模擬IC器件的應用；</p><p>　　3.培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力；</p><p>　　4.掌握常用元器件的識別和測試；</p><p>　　5.熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法。</p><p>　　2.2 課程設計的任

11、務與要求</p><p>　　設計方波——三角波——正弦波函數信號發(fā)生器</p><p>　　2.3 課程設計的技術指標</p><p>　　1．設計、組裝、調試函數發(fā)生器；</p><p>　　2．輸出波形：正弦波、方波、三角波；</p><p>　　3．頻率范圍 ：在10－10000Hz范圍內可調 ；</p&

12、gt;<p>　　4．輸出電壓：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ>1V；</p><p>　　2.4 課程設計的時間安排</p><p>　　3. 各部分電路設計</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路即作為遲滯

13、環(huán)節(jié)，又作為反饋網絡，通過RC沖、放電實現輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz，則同相輸入端電位Up=+Ut,Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位n 隨時間的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是Un=+Ut，再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?UT。隨后，Uo又通過R3對電容反相充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當T趨于無窮大時，Un趨于

14、-Uz；但是，一旦Un=-Uz再減小，UO就從-Uz躍變?yōu)?Uz，UO從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開是正向充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。</p><p>　　同相滯回比較器的電壓傳輸特性曲線</p><p>　　3.2 方波——三角波轉換電路的工作原理</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p>&l

15、t;p>　　若a點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉。運放的反相端接基準電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設Uo1=

16、+Vcc,則 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉的下門限單位Uia-為</p><p>　　若Uo1=-Vee,則比較器翻轉的上門限電位Uia+為</p><p><b>　　比較器的門限寬度</b></p

17、><p>　　由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。</p><p>　　a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為</p><p><b>　　時，</b></p><p><b>　　時，</b></p>

18、<p>　　可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系下圖所示。</p><p>　　a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產生方波-三角波。三角波的幅度為</p><p>　　方波-三角波的頻率f為</p><p>　　由以上兩式可以得到以下結論：</p><p>　　電位器

19、RP2在調整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現頻率微調。</p><p>　　方波的輸出幅度應等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+Vcc。</p><p>　　電位器RP1可實現幅度微調，但會影響方波-三角波的頻率。</p><p>　　3.3 三角波——正弦波轉換電路的

20、工作原理</p><p>　　三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。</p><p>　　差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達式為：</p><p><b>

21、;　　式中</b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><p>　　——溫度的電壓當量，當室溫為25oc時，UT≈26mV。</p><p>　　如果Uid為三角波，設表達式為</p><p>　　式中Um——三角波的幅度</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：<

22、/p><p>　　傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；</p><p>　　三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。</p><p>　　圖為實現三角波——正弦波變換的電路。其中Rp1調節(jié)三角波的幅度，Rp2調整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。</p&

23、gt;<p>　　3.4 電路的參數選擇及計算</p><p>　　1.方波-三角波中電容C1變化（關鍵性變化之一）</p><p>　　實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時可出來波形）換成0.1uf時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當C2=10uf時，頻率很低，不容易在實際電路中實現。</p><p>　　2.三

24、角波-正弦波部分</p><p>　　比較器A1與積分器A2的元件計算如下。</p><p><b>　　由式（3-61）得</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　取 ，則，取 ，RP1為47KΩ的點位器。區(qū)平衡電阻</p><p><b&

25、gt;　　由式 </b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　當時，取，則，取，為100KΩ電位器。當時 ，取以實現頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。</p><p>　　三角波—>正弦波變換電路的參數選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視

26、輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調整RP4及電阻Re2確定。</p><p><b>　　3.5 總電路圖</b></p><p>　　4. 電路的安裝與調試</p><p>　　4

27、.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調試</p><p>　　1.安裝方波——三角波產生電路</p><p>　　1. 把LM324集成塊插入插槽，注意布局；</p><p>　　2. 分別把各電阻放入適當位置，尤其注意電位器的接法；</p><p>　　3. 按圖接線，注意直流源的正負及接地端。</p><p>　

28、　2.調試方波——三角波產生電路</p><p>　　1. 接入電源后，用示波器進行雙蹤觀察；</p><p>　　2. 調節(jié)R6，使三角波的幅值滿足指標要求；</p><p>　　3. 調節(jié)R7，微調波形的頻率；</p><p>　　4. 觀察示波器，各指標達到要求后進行下一部安裝。</p><p>　　4.2 三角

29、波---正弦波轉換電路的安裝與調試</p><p>　　1.安裝三角波——正弦波變換電路</p><p>　　（1）在萬用板上接入低通濾波電路；</p><p>　　（2）搭生成直流源電路，注意各電阻的阻值選??；</p><p>　　（3）接入各電容及電位器，注意電容型號的選取，盡量選電容值相等的電容；</p><p>

30、;　?。?）按圖接線，注意直流源的正負及接地端。</p><p>　　2.調試三角波——正弦波變換電路</p><p>　?。?）接入直流源后，把C2、C3接地；</p><p>　?。?）在R8端接入信號源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當輸出波形剛好不失真時記入其最大不失真電壓；</p><p>　　4.3 總電路的安裝與調試<

31、/p><p>　　1.把兩部分的電路接好，進行整體測試、觀察</p><p>　　2.針對各階段出現的問題，逐各排查校驗，使其滿足實驗要求，即使正弦波的峰峰值為4V。</p><p>　　4.4 調試中遇到的問題及解決的方法</p><p>　　方波-三角波-正弦波函數發(fā)生器電路是由三級單元電路組成的,在裝調多級電路時通常按照單元電路的先后順序分

32、級裝調與級聯(lián)。</p><p>　　1.方波-三角波發(fā)生器的裝調</p><p>　　由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調整到設計值，否則電路可能會不起振。只要電路接線正確，上電后，接Uo1端時，示波器輸出為方波；接Uo2端時，輸出為三角波。</p><p&

33、gt;　　剛開始連接，進行調試時，只能出現正弦波，后經老師指點，原來，電路的接地線接錯了位置，改正后，方波和三角波才調試出來。</p><p>　　2.三角波---正弦波變換電路的裝調</p><p>　　按照圖電路，裝調三角波—正弦波變換電路，電路的調試步驟如下：</p><p>　　將Uo3端接上示波器，正弦波形出現失真現象，后經老師指導，是因為時，頻率較低，把

34、它替換成0.47納伏，后經調試，波形變得標準些，但不是很標準；后來，老師又讓我們在Re2上并聯(lián)一個小電阻，調試后，出現標準波形。</p><p><b>　　電路實驗結果及分析</b></p><p>　　5.1 方波實測結果</p><p><b>　　方波實測結果</b></p><p>　　5

35、.2 三角波實測結果</p><p><b>　　三角波實測結果</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　5.3 正弦波實測結果</p><p><b>　　正弦波實測結果</b></p><p>　　5.4 誤差分析及改進方

36、法</p><p>　　1、自己的焊接技術不好，在工藝上無形的改變了某些參數，對電路造成了許多的影響。</p><p>　　2、在由三角波到正弦波的轉換電路中，在很長的一段時間的測出來的正弦波都是很不規(guī)則的，這個問題是通過減小電容以及并聯(lián)電阻解決的，實際上，分析一下便知，當電容過大時，頻率很低，不容易在實際電路中實現</p><p><b>　　6. 實習

37、總結</b></p><p>　　為期一個星期的課程設計已經結束，在這一個星期的學習、設計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過對函數信號發(fā)生器的設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；進一步了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　通過對函數信號發(fā)生器的設計，我還深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的

38、重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。也明白老師要求我們做好這個課程設計的原因。他是為了教會我們如何運用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設計到電路的焊接以及調試過程中，我個人感覺調試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當中并不一定是最佳參數，我們必須通過觀察效果來改變參數的數值以期達到最好。

39、</p><p>　　其次，這次課程設計從選題到設計電路再到參數設計以及連接電路到最后調試電路的過程中體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅，體會到成功來自于汗水，體會到成果的來之不易。在函數發(fā)生器的設計過程中，我們不能只懂得電路板的焊接，關鍵是明白其工作原理以及出現問題后的對電路板的檢查及修改，如果只懂得焊接的話，將來也只能做一名藍領工人而無法取得較高的成就。</p><p>　　在實習

40、過程中，我們遇到了不少的問題。例如在調試正弦波的過程中，示波器上顯示的波形總是不圓滑、不規(guī)則的，在老師的幫助下，我們通過換小一點的電容以及減小電阻，即再并聯(lián)一個電阻，最后把問題解決，當在示波器上看到圓潤的、非常完美的正弦波的那一刻，心情別提有多高興啦，一種滿足感油然而生。此外，實習過程中也暴露出我們在理論學習中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，xx老師不厭其煩地為我們調整波形，講解知識點，實在令我感動，在這里，我要特別感謝cc老

41、師的辛勤付出，他讓我掌握了更多的知識，明白了更多的道理。</p><p>　　還有就是在課題中，讓我想起用電等方面安全問題，所以在以后的實習中我們應該注意安全，特別是在特殊的地方或者使用特殊工具時，一定要特別注意，不讓危險事故發(fā)生。</p><p>　　最后用一句話來結束吧：“實踐出真知”。</p><p>　　7. 儀器儀表明細清單 </p>&

42、lt;p><b>　　8. 參考文獻</b></p><p>　　1、王港元 《電工電子實踐指導》（第二版）[M] 江西科學技術出版社，2005.</p><p>　　謝自美 《電子線路設計、課題、測試》（第二版） [M]華中理工大學出版社，2000</p><p>　　張友漢 《電子線路設計應用手冊》[M] 福建科學技術出版社，200