模电课设Word格式.docx

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设计任务：

（1）波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。

（2）设计电路所需的直流稳压电源。

（3）方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。

（4）输出的各种波形工作频率范围1.5kHz。

设计要求：

1.分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2.确定合理的总体方案。

对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3.设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

进度计划

第1天：

集中学习；

第2天：

收集资料；

第3天：

方案论证；

第4天：

选择器件进行单元电路设计；

第5天：

单元电路设计及仿真；

第6天：

整体电路设计并仿真；

第7天：

电路焊接制板；

第8天：

焊接调试；

第9天：

完善设计；

第10天：

答辩。

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

信号发生器，用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦信号发生器、函数信号发生器、矩形脉冲信号发生器和随机信号发生器四大类。

能产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

频率范围可从几个赫到几十兆赫函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

本文通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能输出方波的标准信号发生器。

我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。

在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。

矩形波发生电路是由555定时器组成的多谐振荡器。

由电压比较器构成矩形波发生电路。

同时还需设计适合本电路的直流稳压电源，直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成的。

由上述经控制电路和放大电路得到幅值可调的方波，频率的改变由发生电路中的相关元件改变。

EWB仿真，验证了指标，实验基本满足要求。

经焊接调试后可证明。

关键词：

直流稳压电源、555定时器、标准方波波形

目录

第1章绪论1

1.1标准信号发生器的概况1

1.2本文研究内容1

第2章标准型号发生器的设计2

2.1整体原理框图2

2.2具体电路设计3

2.2.1电路设计方案3

2.2.2直流稳压电源设计3

2.2.3方波产生电路4

2.3幅值控制电路8

2.4整体电路图及仿真电路图8

第3章课程设计总结10

第4章实体焊接11

参考文献12

元器件清单13

第1章绪论

标准信号发生器的概况

凡是产生测试信号号的仪器，统称为信号源源。

也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。

在测试、研研究或调整电子子电路及设备时，为测定电路路的一些电参量，如测量频频率响应、噪声系数数，为电压表表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号号。

当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。

当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周周期已知的矩形脉冲源。

并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

正弦信号号是使用最广泛的测试信号。

这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。

正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。

本文研究内容

信号发生器又称信号源或振荡器器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

各种波形曲线线均可以用三角函数方程式来表示。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。

设计电路所需的直流稳压电源。

方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。

输出的各种波形工作频率范围1.5kHz。

第2章

标准型号发生器的设计

整体原理框图

由直流稳压电源提供电源，由555定时器组成矩形波发生电路产生方波，最后经过运放形成幅值可调的方波

。

具体电路设计

电路设计方案

方案一：

方波产生电路是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由

、

组成的积分电路，把输出电压经

反馈到比较器的反相端。

方案二：

采用传统的直接频率合成器。

这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。

但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

方案三：

由555定时器组成方波发生电路产生矩形波。

经上述方案的比较，

经上述方案的比较，只有第三个方案无论是在结构、性能、价格等方面都相对较好。

所以选择第三个方案来设计标准信号发生器输出方波。

直流稳压电源设计

直流稳压电源一般由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路等组成的。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的电压电压输出。

工作过程：

如图4.1电网供给的交流电压

（220V，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的

然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变。

化的脉动电压u

在用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压

整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈作用的闭环系统，其稳压过程为：

当电网电压波动或因负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经放大器放大后送至到调整管的T

的基极，使调整管管压降改变，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。

图2.1直流稳压电源

方波产生电路

1）NE555定时器组成的多谐振荡器

如图4.2-1所示，

，

和

是外接元件。

该集成电路由四部分组成：

电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、输出缓冲器和放电三极管。

比较器的参考电压由三只5kΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为

A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过

时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；

当输入信号自2脚输入并低于

时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时充电，开关管截止。

MR是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接

CO是控制电压端（5脚），平时输出

作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0．01μF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

图2.2555定时器内部电路方框图

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

接通电源

后，它经

对电容

充电，当

上升略高于

时，比较器

的输出为0,将触发器置0，

为0.这时放电管T导通，电容

通过

和T放电，

下降略低于

的输出为0,将触发器置1。

又由0变为1。

这时，电管T截止，

又经

充电。

如此重复此过程，

为连续的方波。

第一个暂稳状态的脉冲宽度tp1，即电容C充电的时间：

tp1≈（R1+R2）Cln2=0.7R2C

第二个暂稳状态的脉冲宽度tp2,即电容C充电的时间：

tp2≈R2Cln2=0.7R2C

振荡周期T=tp1+tp2≈0.7（RI+2R2）C

振荡频率f=1/T=1.43/（R1+2R2）C

由555定时器组成的振荡器，最高工作频率可达300kHz。

输出波形的占空比

D=tp1/（tP1+tP2）=（R1+R2）/（RI+2R2）

2）方波发生器的设计

图4.2-2用DI和D2两只二极管将电容C的充放电电路分开，并接一电位器RP。

充电电路：

C→D1→C→“地”

放电电路：

C→D2→

→T→“地”

充电和放电的时间分别为

占空比为

3）电路元件的选择及参数设计

；

为了使占空比有放大调节范围取

占空比

调节范围

取NE555定时器，电源电压2-18V。

输出电平低于电源电压1-3V，取2V，

即输出高电平电压

二极管D1最大电流

二极管D2最大电流

取两个2AP3型二极管，最大整流电流为25mA，反向工作峰值电压为30V

图2.3占空比可调的多谐振荡器

图2.4幅值控制电路

幅值控制电路

如图2.4当滑动变阻器滑动头在最下面点时，输出

当滑动变阻器滑动头在中间时，输出

改变滑动头的位置,即改变输出波形的幅值，所以可得到5V、2V、1V的方波。

整体电路图及仿真电路图

如图2.5利用NE555定时器构成的多谐振荡器与幅值控制电路相连接形成整体电路图。

当多谐振荡器产生一方波，通过改变幅值控制电路中的滑动变阻器来输出幅值可控的方波。

图2.5整体电路图

根据设计原理及整体电路图，在EWB软件中绘制如图2.6电路图。

连接示波器并调节滑动变阻器，观察示波器，使其输出1V、2V、5V的方波。

图2.6仿真电路图

图2.7仿真波形图

如图2.7信号发生器的仿真波形图，其输出结果是幅值为1V，频率为15Khz的方波。

第3章课程设计总结

本次实验设计为标准信号发生器电路，根据题目和要求，运用所学知识及文献资料来完成该实验。

通过本次试验，让我更加了解课本知识，以及对以往知识的疏忽得以补充。

试验设计过程中遇到一些电路图的设计，比如555定时器内部结构图等，都需要查看课本或者其他资料，即培养查资料的能力，同时又能了解其他知识。

在设计电路产生方波时，遇到一些问题。

有几种方案都可以产生方波，方波发生器，NE555定时器，以及将正弦波转化为方波的电路等。

在方案的选择上遇到些问题，不知道该用哪个好，通过对器材，电路的复杂程度等，最后决定用555定时器构成的多谐振荡器与幅值控制电路相连接形成整体电路图。

实物实验更是培养动手能力和解决问题的能力。

在焊电路的过程中非常有挑战性，还必须小心。

第4章实体焊接

图2.8实体焊接图

参考文献

[1]康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京：

高等教育出版社,2005.

[2]华成英主编.模拟电子技术基本教程.北京：

清华大学出版社，2009.8.

[3]淑范、王宪伟编.模电实验与课程设计.清华大学出版社，2006.08

[4]姚福安主编.电子电路设计与实践.山东科学技术出版社，2001

[5]鲁宝春关维国主编.电子技术基础实验.东北大学出版社，2001

元器件清单

序号

名称

规格型号

数量

1

可变电阻

2千欧姆

2

固定电阻

1千欧姆

5

3

电容

0·

01微法

4

变容二极管

10微法

定时器

NE555

6

示波器

7

二极管

2CZ52B

8

放大器

741