2022年《电子技术》综合课程设计【函数信号发生器的设计】.docx

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1、课程设计报告书课程名称：电子技术综合设计学 院：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：职 称：2022年 月日目录一、课程设计的目的.2二、设计题目和要求.2三、总体方案3四、基本原理3五、单元电路设计4六、仿真调试内容8七、所用元器件11八、设计心得和体会11九、总电路图12十、参考文献12一、课程设计的目的1 .巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2 .培养根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独 立思考,深入钻研有关问题,学会自己分析并解决问题的方法。3 .培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。4 .通

2、过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件;初步掌握简单实用电 路的分析方法和工程设计方法。5 .学会运用MUltiSim14仿真软件对所做的理论设计进行仿真测试,并能进一步完善 设计。6 .通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科 学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。7.学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书 和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、 再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而 做出恰当的评价。二、设计题目和要求A、设计参数要求

3、：1、电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；2、用LED显示其频率和波形参数，播报其频率和波形参数。信号频率可通过键盘输 入并显示。3、输出频率范围：IooHZ1KHZ和IKHZ1000OHZ两档4、输出电压幅值可设，方波：VP-P=12V5、三角波:VP-P=IV6、正弦波：VP-P1V输出信号的频率要求可调。B设计成果要求：1、根据技术指示设计各单元电路，写出设计过程，进行设计方案论证、方案对比;2、选择所用元器件的型号，写出元器件的功能表，列出元器件清单；3、画出整机原理图；4、安装调试或仿真，并分析仿真结果5、编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三

4、、总体方案产生方波、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；也可以直接产生三角波一方波。由 比较器和积分器组成方波一三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波。非正弦波发生器的组成原理是电路中必须有开关特性的器件，可以是电压比较器、 集成模拟开关、TTL与非门等;具有反馈网络，它的作用是通过输出信号的反馈，改 变开关器件的状态;具有延迟环节，常用RC电路充放电来实现;具有其他辅助部分,， 如积分电路等。矩形经过积分器就变成三角波形，即三角波形发生器是由方波发生器和反向积分 器所组成的。但此时要求前后电路的时间常数配合好，

5、不能让积分器饱和由集成运算 放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分，为由 迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。- -A-四、基本原理用迟滞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，三角波经差分放大器转化成正弦波，差分放大电路是由静态工作点稳定 的放大电路演变而来的。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。五、单元电路设计1、方波-三角波产生电路

6、图中运算放大器Ul和电阻R2、R3等电阻构成滞回特性的比较器以产生方波。运 算放大器U2与R、C等构成积分电路以产生三角波，二者形成闭合回路。滞回比较器 的输出加在积分电路的反相输入端进行积分,而积分电路的输出又接到滞回比较器的 同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变。运放的反相端接基准电压即U=0,同相输入端输入电压Um, R称为平衡电阻（为了减小运放输入偏置电流在 电阻上形成的静态输入电压而带来误差），比较器的输出心的高电平等于正电源 电压+%c，低电平等于负电源电压-嚷（1+ % ；=1-喂1）,当比较器的小二口二0时，比较器翻转，输出几从高电平跳到低电平-丫能，或者从低电平“跳

7、到高电平YN、由此产生方波。设出二+ 则U.=O（+%）+舄+6 UiaR2 +R3 +Rp cc R2 + R3 + Rp将上式整理得比较器翻转的下门限单位U一= _& -(+Vcc) = 一 V R. +Rpi R3 + Rpi若U。1 = - V ,则比较器翻转的上门限电位U i a +为U-=-(-%)=勺7c Ri + Rp ee R3 + Rn比较器的门限宽度a点断开后，运放U?与RK电、Cz及R组成反相积分器，其输入信号为方波IU 则积分器的输出及为Uo2=uodtUoI= +Vcc 时，U-() z=z(R4+Rp2)C2 (R4+RQC23-% 时，U - t = Iict(

8、R4 + Rp2)C2 (R4 + Rp2)C2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。滞回比较器的传输特性方波一三角波发生电路的波形图三角波的幅度为u02m = R IR VCC3 + KPl方波一三角波的频率f为f _R3 + RPl 4R2(R4 + Rp2)C2电位器R巴可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率，电位器电在调整方波-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Cz改变频率的范围，Pr2实现频率微调。2、三角波正弦波转换电路在低通滤波器的通带截止频率大于三角波的基波频率且小于三次谐波频率时

9、，就 可以把正弦波给滤出来了。先产生正弦波，而后比较器产生方波；再通过积分器或其它电路产生三角波；最 后通过幅值控制和功率放大电路输出信号。此电路的正弦波发生器的设计要求频率连 续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路的时间参数选择很重要，保证电路不出现 积分饱和失真。先产生方波，而后通过积分器或其它电路产生三角波，再用有源滤波器产生正弦 波；最后通过幅值控制和功率放大电路输出信号。此电路的方波发生器的设计要求频 率连续可调，输出要有限幅环节，积分电路的时间参数选择保证电路不出现积分饱和 失真。先产生方波，而后通过积分器或其它电路产生三角波，再用有源滤波器产生正弦 波；最后通过幅值控制和功率放大

10、电路输出信号。此电路的方波发生器的设计要求频 率连续可调，输出要有限幅环节，积分电路的时间参数选择保证电路不出现积分饱和 失真。需要注意，为了使输出波形更接近正弦波，差分放大电路的传输特性应尽可能对 称，且线性区越窄越好。同时输入三角波的幅度应满足上述要求。Ic2=/2 = + 7C=%L /K式中 a = IcIe o/。:差分放大器的恒定电流；U7:温度的电压当量，当温度为25摄氏度时，U7=26mV 如果Uid为三角波波，表达式为(0f)g54Um / 7、r-)UidT 4-AUn / 37、T 4式中Um三角波的幅度，T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波,传输特性曲线越对称，线性

11、区越窄越好：三角波的 幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。综上可知，RPI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。3、参数选择比较器Ui与积分器U2的元件计算如下U。即&4 J+ RPl Vcc 12 3取R2=10KC则R3+R pi=3OK,取R3=20K, RPl为47K的电位器，区平衡电阻Rl=R2(& + R川)*10KC由式(3-11)得：f= 4 + R n4R2(R4 + Rp2)C2取&二5.1 KQ,Rp2为 Ioo K 电位器，平衡电阻入=

12、5.1 KQ。当H)HZ/ 10()Z 时,取C2=IuF以实现频率波段的转换,。当IOOHZMHZ时,取C2=0.1uF以实现频 率波段的转换,。当W”Z/10Z”Z时,取C2=0.01uF以实现频率波段的转换,。三角波一正弦波变换电路的参数选择原则是:隔直电容Ci、C2、C3要取得 较大,因为输出频率很低,取G=C2=C3=470uf,滤波电容C4视输出的波形而定,若含高次 斜波成分较多,C4可取得较小，C4 一般为几十皮法至0.1微法。Re2= IoO K与RP4 二 100KC姆相并联,以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测 传输特性曲线调整Rp4及电阻Ro确定。六

13、、仿真调试内容1、1KHZ-10OKHZ2、100HZ1KHZ间96nlu 时.34.94.591.L6.7 7 9115S1I囹 .-Tl 12 2 T T逋道_A-542.430 mV554.904 mV1.097 V反向时基标度:通道A通道B11 ms/DIV I 刻度：ISoOmVZDIV | 刻度： 5 VDV I保存触发外触发X铀位移（格）：0IY轴位移（格）：0:丫轴位移（格）：|。YT I添加B/A AZB 交流0 I直流I交流0 -水平：Jov I单次正常自动无I七、所用元器件名称主要参数数量（个）备注电阻IOk6电阻6.8k4电阻20k2电阻2k2电阻5.1k2电位器50k

14、2电位器100k2LM741运放2双运放电容Iuf1电解电容电容0.1 uf1瓷片电容电容0.01uf1瓷片电容三极管s90134单刀单掷开关3自锁开关1八、设计心得与体会本次试验是小组第一次亲自体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，感觉 收获很大。每当电路要成功时，当时的心情是那么地激动，但是前几次都没有成功， 在我们不断努力、不断探索、不断查资料之下，终于将电路设计成功，在成功之时 心情真的是好极了！当我们拿到课程设计题目时感觉很茫然，不知道从何入手，只有一张设计要求、 没有工具、没有资料、没有材料，如何能完成设计要求呢！后来经过我们上网查资料 了解到电路设计好了之后可以使用MUltiSim对其进行仿真，无需将电路事务做出来。 用MUltiSimI4. O对电路进行仿真真的很方便，而且安全，还便于对电路进行修改。 本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电 路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简单多了。最后将每个单元电路连接起 来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。本次