函数信号发生器课程设计汇总Word格式.docx
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电子信息学院
题目
函数信号发生器
设计任务
设计一函数信号发生器,能输出方波和三角波两种波形
1.输出为方波和三角波两种波形,用开关切换输出;
2.输出电压均为双极性;
3.输出阻抗均为50Ω;
4.输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调,输出信号频率为200~2可调。
5.输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调,输出信号频率为200~2可调。
时
间
进
度
18周星期一布置设计方案,预设计。
18周星期二领设备、安装
18周星期三至周四安装、调试教师检查
18周星期五、六、日写设计报告
原
始参
资考
料文
和献
主
要
电子技术基础(模拟部分)
模拟电子技术课程设计指导书
电子技术基础实验指导书
一、课程设计的任务、要求及步骤
1.设计任务
a.输出为方波和三角波两种波形,用开关切换输出;
b.输出电压均为双极性;
c.输出阻抗均为50Ω;
d.输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调,输出信号频率为200~2可调。
e.输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调,输出信号频率为200~2可调。
2.设计要求
a.电路原理图绘制正确(或仿真电路图);
b.掌握仿真软件的使用和电路测试方法;
c.电路仿真达到技术指标。
d.完成实际电路,掌握电路的指标测试方法;
e.实际电路达到技术指标。
f.原理图(草图)要清楚,标注元件参数
g.正式原理图、接线图:
A4打印画图。
h.要求用统一格式封面;
i.使用中原工学院课程设计报告专用纸。
j.图要顶天立地,均匀分布,合理布局
3、设计步骤
a.原理了解,清楚设计内容。
b.原理及连线图绘制,仿真结果正确。
c.安装实际电路。
d.调试,功能实现。
e.教师检查及答辩。
f.完成设计报告。
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
,也可以采用集成电路。
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二阶低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器
1.输出为方波和三角形两种波形,用开关切换输出;
2.输出电压均为双极性;
3.输出阻抗均为50Ω
4.输出为方波时输出电压峰值为0—5V可调,输出信号频率为200—2可调。
5.输出为三角波时输出电压峰值为0—5V可调,输出信号频率为200—2可调。
方波产生电路原理图如下:
原理分析:
此电路由反相输入的滞回比较器和电路组成。
回路即作为迟滞环节,又作为反馈网络,通过冲、放电实现输出状态的自动转换。
设某一时刻输出电压,则同相输入端电位通过电阻对电容C正向充电,如图中箭头所示。
反相输入端电位n随时间的增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,趋于;
但是,再稍增大,从跃变为,与此同时从跃变为。
随后,又通过R3对电容反相充电,如图中虚线箭头所示。
随时间逐渐增长而减低,当T趋于无穷大时,趋于;
但是,一旦再减小,就从跃变为,从跃变为,电容又开是正向充电。
上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。
三角波发生器的原理图如下:
在三角波信号发生器电路原理上增加了一级放大器,目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗阻抗为50Ω.
工作原理:
如图所示,在电路的左边为同相滞回比较器,右边为积分运算电路。
同相滞回比较器的输出高低电平分别为,
积分运算电路的输出电压作为输入电压,A1同乡输入端的电位
11·
R1/(R126)·
(R26)/(R126)
令11=0,并将1=±
带入得
±
·
R1/(R26)
电路的振荡原理
合闸通电,通常C上电压为0。
设1↑→1↑→1↑↑,直至1=;
积分电路反向积分,t↑→↓,一旦过-,1从+跃变为-。
积分电路正向积分,t↑→↑,一旦过+,1从-跃变为+,返回第一暂态。
重复上述过程,产生周期性的变化,即振荡。
由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为1/(R37),使得U0在一个周期内的下降时间和上升时间相等,且斜率的绝对值也相等,因而将方波转换为三角波。
主要参数估算:
1振荡幅值
在如图所示的三角波—方波发生电路中,因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压,所以三角波的幅值为±
R12
因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路,所以
,—
2振荡周期
在图3中,在振荡的二分之一周期内,起始值为—,终了值为·
2·
13·
得到4·
R1·
(R37)·
(R26)
积分器的输出—1/(R37)·
∫1
1时,2=—()·
C1
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。
图4方波—三角波的波形变换
比较器与积分器首尾相连,形成闭环回路,则自动产生方波——三角波,三角波的幅度为
R1/(R37)
方波——三角波的频率为
(R26)/4R1(R37)
所以有以下结论:
1.电位器R7在调节方波——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C1改变频率的范围,R7实现频率微调。
2.方波的输出幅度应等于电源电压,三角波的输出幅度应不超过电源电压,电位器2可实现幅度微调,但会影响方波——三角波的频率。
五、方波三角波函数信号发生器元件参数的选择
1、方波信号发生器元器件及参数的选择
a.运算放大器的选择
根据指标要求,主要采取双电源、通用、无需调零型运放,可选择741,在这次设计里选择的是358.
b.电源电压的选择:
选择电源电压15V左右。
c.稳压二极管的选择:
考虑输出电压和电源电压的要求,可选择稳压值约为10V的稳压管,例如1N4007等。
d.频率参数的选择:
输出信号的频率为200~2可调,决定信号频率的元件为1、2、C、R2、R1.可取R112=0.47则1/2(12)C,即得R1=4.7KΩ2=5.1KΩ电容可取1以下的,可以取几千欧到几百千欧之间,为使频率可调,选择2为电位器。
2最小时,应有1/21/2120002最大时,应该有1/21/2(12)200。
若取0.033,计算出1=7.6KΩ2=68.4KΩ。
e.幅度参数选择:
输出信号的幅度为0~5V可调,决定信号的幅度元件为R4、R5的参数,由于输出稳压管的电压幅度为10V,所以要使R5是R4的一半,达到降压的目的,选择R4=10KΩ5=4.7KΩ的电位器。
2、三角波信号发生器元器件及参数的选择
a.运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择
同方波发生器的选择相同
b.频率参数的选择:
输出信号的频率为200-2可调,决定信号频率元件为R7、R4、C、R1、R2。
2/4R1(R47)C
可取R12=1则1/4(R47)C。
取R1=10KΩ,R2=10KΩ,则U0,电容可取1以下的,R47可取几千欧到几百千欧之间,为使频率可调,选择R7为电位器。
R7最小时1/4R42000,R7最大时,应有1/4(R47)C=200.
若取0.033,计算出R7=72.8KΩ,R4=3.3KΩ。
c.幅度参数选择:
输出信号的幅度为0~5V可调,决定信号幅度的元件为R8、R9的参数。
由于输出稳压管的电压幅度为10V,所以R9是R8的一半,达到降压的目的,选择R8=10KΩ,R9=4.7KΩ的电位器。
六、方波三角波函数信号发生器的安装和调试
1.安装
a.将358集成块插入插槽,注意布局。
b.分别把各电阻放在合适的位置尤其注意电位器的结法。
c.按图连线,注意直流源的正负及接地端。
2.调试方波三角波产生电路
a.接入电源后用示波器进行观察
b.调节2观察方波频率变化情况,调节R5观察方波的幅值,使幅值达到规定的数值。
c.调节R7观察三角波频率变化,调节R9观察幅值变化,使之达到规定数值。
3.记录调试数值
方波:
调节电位器5在示波器上读取测量f(最小值)=195(最大值)=1950。
幅值=4.8v。
三角波:
调节电位器R7在示波器上读取f(最小值)=190(最大值)=1980
在实验读取误差允许的范围内,符合实验要求。
七、课程设计中遇到的问题及解决方法
1.排版时因为两个741在一起,使设计的图与现实的连接图有一些不一样,排版需要重新画出连接图;
2.排版时器件不是太挤就是太宽,导致不好焊接。
这个我想是因为我们是第一次做所以没经验,相信下次排版一定不会出现这种问题;
3.焊接时器件不好固定,在焊时容易掉。
因此焊接时先焊高度比较低的仪器,如电阻等;
焊接时由于没有经验,也为了方便,我们在板的背面用了好多引脚,而不是只用电线再正面,导致板面很美观,今后焊接一定会注意到这点
8、方波三角波产生电路的仿真
方波电路图如下:
三角波电路图如下
方波—三角波总电路原理图如下
方波仿真图:
三角波仿真图:
封装图:
九、实验评价与问题分析
1、理论知识掌握尚不牢固
由于对模拟电子技术课程的学习不扎实,导致了在对课程设计函数发生器原理的理解上存在困难。
例如不能弄清楚部分电阻与电容在电路中的所起的作用。
另外由于知识面较窄,有部分元件的工作原理未能够理解。
由于对安全知识的缺乏,本次实验过程,还存在对调试重要性认识不够的问题。
我们在制作完成函数信号发生器后,没有进行检查。
2、缺乏锻炼,焊接技艺不娴熟
由于我们平时基本未能够接触到焊接,所以在本次实验中显得经验不足。
存在了电烙铁操作不正确,焊接过程浪费了较多焊锡,元件焊接不美观等问题。
焊接过程中电烙铁多次碰到了电线、塑料等易燃品,所幸发现及时,未损坏物品,未造成危险;
剪引脚时方法不正确导致剪断的引脚射出。
3、课题设计时的参数选择不当,有些电阻过大或是过小,造成了结果的偏差;
4、所领的元器件跟仿真时的的参数不完全相同,元器件的标称值与实际的不符;
5、所用的仪器和所处的环境对课题结果有干扰;
6所有的元器件都是用电烙铁给烙上去的,在烙的时候温度会上升会影响电路的性能;
7、自己的焊接技术不好,在工艺上无形的改变了某些参数,对电路造成了许多的影响。
8、问题的解决:
在动手制作之前,应当详细复习相关知识,了解用函数发生器的工作原理,认真学习焊接技巧。
实验前做好实验计划,提高工作效率。
务必注意重视制作过程中的安全问题,电烙铁温度较高不可触碰到电线,因此在进行焊接之前应当整理好桌面。
十、课程设计的心得和体会
“实践是检验一切真理的唯一标准”,我想这句话不仅仅在中国社会主义建设上是正确的,也是同样适用于学习的过程。
模拟电子技术是和我们日常生活关系相当密切的,在这学期学习完成该课程后,我便了解到了其对用电器的重要性。
同时,我们也渴望将自己所学的知识运用到现实生活中,渴望拥有自己制作的用电器,渴望成功之后的喜悦。
当然,最重要的是自己动手制作可以让我们更透彻地掌握课本的知识,提高我们的动手能力
通过本次课程,我了解到了自己在理论知识方面的许多不足。
对于课本的知识点,只是表面的认知,并不能够运用自如。
其次,自己动手能力差,未能娴熟掌握焊接技巧。
通过此次课程,我也充分认识到了安全问题的重要性。
此外,在此次课程中,让我感受最深的一句话是:
好的计划是成功的一半。
如果我不做任何计划便开始动手的话,工作起来效率较低。
这次课程,不但是一次学习知识的机会,更是一次多方面提高自我素质的机会。
我学会了如何提高效率和搭档进行分工合作。
一个个的非知识性问题摆在了我的面前。
这些我们从课本是学不到的,但对于我们自身来讲确是相当重要的。
总之这次的实习让我受益匪浅!
参考资料
1.电子技术基础(模拟部分)康华光高等教育出版社
2.模拟电子技术基础童诗白华成英高等教育出版社
3.模拟电子技术课程设计电气工程系中原工学院电子电工教研室
4.电子线路课程设计华永平东南大学出版社
5.电子技术基础实验与课程设计高吉祥电子工业出版社
6.电工电子技术实习与课程设计华容茂电子工业出版社
7.模拟电子技术课程设计指导书李晓荃
358资料:
元件清单:
类型
规格
数量
备注
电阻
10KΩ
4个
1KΩ
4.7KΩ
2个
6..8KΩ
1个
5.KΩ1
470Ω
滑动变阻器
68KΩ
3.3KΩ
芯片
358
2块
核心插槽
8管脚
1块
电容
0.033
2只
二极管
1N4047A
4只
稳压管
板
110*70
导线
多股皮包线
若干
锡丝
0.8
电源
直流稳压
1台
示波器
双踪
实际焊接效果图