模拟电子技术设计报告.docx
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模拟电子技术设计报告
模拟电子技术课程设计报告
课程名称：
模拟电子技术
设计题目：
函数信号发生器
学生姓名：
陈天行
专业：
电子信息工程
班级学号：
092022221
指导教师：
郭彩萍
设计日期：
2011年6月27日
至2011年7月1日
设计成绩总评：
函数信号发生器
一、设计的任务和要求.....................................................................................................
二、设计的方案选择与论证...............................................................
1原理框图.............................................................
2方案的论证与比较..................................................................................................
三、单电路设计与参数计算..................................................................
1方波发生电路的工作原理.............................................................
2电路的参数选择及计算.................................................................
四、总电路图及元器件清单................................................................
1总电路图..............................................................
2元器件及仪器表单..................................................................
五、系统安装与调试................................................................
1方波-三角波发生电路的安装与调试....................................................................
2三角波-正弦波转换电路的安装与调试..............................................................
3总电路的安装与调试.....................................................................................
六、性能测试与分析................................................................
1参数测量..............................................................
2改进意见............................................................
七、心得体会............................................................................................
八、参考文献..............................................................................................
一、设计任务与要求
1.掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。
2.信号频率1HZ—100KHZ；
3.输出信号幅度范围1—20V。
4.进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力。
5.基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。
6.学会运用Multisim10仿真软件对所作出的理论设计进行仿真测试，并能进一步完善设计
二、方案设计与论证
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途的不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以使分立器件（如低频信号函数发生器S101）。
也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。
本课程设计采用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。
如下图，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，输出阻抗高，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。
首先产生正弦波，再由过零比较器产生方波，最后由积分电路产生三角波。
正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。
RC串并联网络的频率特性可以表示为
令
则上式可简化为
，以上频率特性可分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：
|
|
，
根据上式可以分别画出RC串并联网络的幅频特性和相频特性：
根据RC串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC正弦波振荡电路的振荡频率为：
；
振荡的幅度平衡条件|
|
是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。
若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足
的幅度条件。
已知当
时，
，由此可求得振荡电路的起振条件为：
同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：
（即RF=2R′）
1、正弦波振荡电路
根据起振条件|AF|>1,选频网络的反馈系数Fmax=1/3,只要负反馈放大器的放大倍数A大于3,即RW（接入电阻）与R4的和略大于R3的两倍,就可产生正弦波振荡,
2、矩形波电路
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Rf对电容C正向充电。
反相输入端电位Un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Rf对电容C反向充电，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。
3、三角波电路
三角波的产生是由积分电路实现的，积分电路将方波转换成三角波。
积分电路的原理图如下：
由于集成运放的反相输入端“虚地”，故
；又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则
，故
由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为：
由于输入的是方波，所以的值为两个状态，当>0时，
，输出波形以
的斜率上升，当uI<0时，输出波形以
的斜率下降。
上升和下降的斜率相等所以波形对称，形成三角波。
三、单元电路设计与参数计算
1、
正弦波振荡电路的原理如下图a、b所示：
由上图得出正弦波振荡的条件为：
电路原理分析：
在电路中,运放741和电阻R3,Rw,R4构成正常的负反馈放大电路,而R1,C1,R2,C2则构成RC串并联选频网络,同时又由该选频网络作为反馈网络形成正反馈环节,其R1,C2上的反馈电压作为输入代替放大器的输入信号,D1,D2起稳幅作用。
选频特性分析：
采用参数扫描还可以对振荡频率进行分析.同时改变选频网络的电阻R1,R2（或同时改变C1,C2）,即可改变振荡输出的频率，使得频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值通过RW可调。
起振过程分析：
根据起振条件|AF|>1,选频网络的反馈系数Fmax=1/3,只要负反馈放大器的放大倍数A大于3,即RW（接入电阻）与R4的和略大于R3的两倍,就
可产生正弦波振荡。
2、正弦—矩形波—三角波产生电路：
3.三角波电路
原理图：
输出波形频率为：
四、总电路图及元器件清单
总电路图
图4.1方波-三角波-正弦波函数发生器实验电路
总电路中，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。
左边第一个运放与RC串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。
先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。
4.2元器件及仪器表清单
直流稳压电源
1台
三极管9013
4只
面包板
1块
双踪示波器
1台
剪刀
1把
仪器探头线
2根
电源线
4根
万用表
1只
运放741
2片
电位器47KΩ
2只
电位器100Ω
1只
电位器100KΩ
1只
电容470μF
3只
电容10μF
1只
电容1μF
1只
电容0.1μF
2只
电容0.01μF
1只
电阻20KΩ
3只
电阻10KΩ
3只
电阻6.8KΩ
2只
电阻5.1KΩ
1只
电阻2KΩ
2只
电阻1.05KΩ
1只
电阻100Ω
1只
五、系统安装与调试
1.安装调试步骤：
（1）.方波-三角波发生电路的安装与调试
1）.把两块741集成块插入面包板，注意布局；
2）.分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；
3）.按图接线，注意直流源的正负及接地；
4）.接入电源后，用示波器进行双踪观察；
5）.调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；
6）.调节RP2，微调波形的频率；
7）.观察示波器，并记录。
（2）．三角波-正弦波转换电路的安装与调试
1）.按图连接电路图；
2）.接入直流源，使C4接地，测量差分放大电路的静态工作点；
3）.测试V1、V2、V3、V4的电容值，使其满足实验要求；
4）.在C4接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记录电压。
（3）．总电路的安装与调试
把两部分连接好，进行整体测试，观察；
电路用到的元件：
741集成运放、稳压管、电位器、电容、三极管、电阻、若干导线
2.焊接总电路图：
a）
集成运放
741脚图：
2．万用表检查记录表
+
-
GND
U1
U2
R1
R2
√
7
7
0
0
√
4
4
0
0
√
2
3
5.5k
9.9k
3、6
10.3k
3
6
5.01k
6
2
1.48k
差动放大器
VC1
VC2
Ve1
Ve2
8.29
8.17
-0.56
-0.56
Ui3正弦信号1k/0.5VPPUo3=8.1（VPP）
六、性能测试与分析
6.1参数测量
1、方波-三角波发生电路
仿真波形：
测量结果
2、三角波-正弦波转换电路
1.仿真
2.测量结果
3.结果分析：
6.2改进意见
方波——三角波发生电路的实验结果
将C6替换为由两个1uF串联或直接拿掉，
C1=0.1uFU=54mvUo=2.7v1v
C1=0.01uFU=54mvUo=2.8v1v
Xc=1/W*C，当输入波形为高频时，若电容C6较大，则Xc很小，高频信号完全被吞并，无法显示出来。
七、结论与心得
对于这次模电实验报告，说实话，有点没信心。
没信心去做好它，但经过了和同学讨论与不懈努力，还是完成了。
经过这次设计我明白了团队的力量，还有对自己已掌握的知识灵活的运用是多么困难的一件事。
这次课程设计也增加了我对学习模电的兴趣，以前只听老师讲，不知道它有什么用，现在知道了，它是“高科技”的基础,在下一个学期里，我将更努力的学心它为自已未来的事业打好基础。
在这次设计中，我们遇见了许多问题。
尤其是刚开始我们想把它实现出来，但最后还是把它仿真了。
虽然如此，但这次的设计仍然让我进步了好多，学到了好多，成熟了好多。
最后，对于这次设计，对于一些元器件我更加的了解了，对于一些知识的运用更加得心应手。
以后我相信我会更加有信心，有信心面对一切挑战。
相信自己，信心未来。
。
模电是我们专业最重要的基础课之一，学好这门课对我们的用处会是重大而且深远的。
回顾这次模拟电子电路实验课程设计的过程，总的来说收获还是很多的。
最直接的收获是提高了我对理论的认识和应用能力与实验中的基本操作能力，对各种常见仪器有了进一步的了解，并掌握了基本的操作，而且还培养了自己对模拟电子电路课程设计的兴趣更让我明白了严谨细致对于学好电子专业是多么重要。
八、参考文献
郭永贞编著《电子技术实验与课程设计指导（模拟电路分册）》，东南大学出版社，2004年。
耿苏燕等编著《音响放大器的安装、设计与调测》，讲义，2006年。
毕满清编著《电子技术实验与课程设计》（第３版），机械工业出版社，2005年。
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