模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 課 程： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 測(cè)控0802 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2010.11 目 錄1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)（1）1.1 課程設(shè)計(jì)的目的（1）1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求（1）1.3 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)（1）2 電路設(shè)計(jì)總方案及原理框圖（2）2.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖（2）2.2 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)（2）3 各部分電路設(shè)計(jì)（3）3.1 方波發(fā)生電路的工作原理（3）3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理（4）3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理（7） 3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算（9）3.5 總電路圖（10）4 電路仿真（12）4.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真（12）4.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真（12）5 電路的安裝與調(diào)試（14）5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試（14）5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試（14）5.3 總電路的安裝與調(diào)試（15）5.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法（15）6電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（18）6.1 方波-三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（18）6.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（18）6.3 實(shí)測(cè)電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法（18）7 收獲與體會(huì)（20）8 儀器儀表明細(xì)清單（21）參考文獻(xiàn)（22）1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)1.1 課程設(shè)計(jì)的目的（1）掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法（2）掌握模擬IC器件的應(yīng)用（3）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求（1）設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器（2）輸出波形：正弦波、方波、三角波；1.3 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)（1）頻率范圍 ：在1010000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；（2）輸出電壓：方波U24V，三角波U8V，正弦波U>1V；12 電路設(shè)計(jì)總方案及原理框圖2.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖 2.2 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)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(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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。23 各部分電路設(shè)計(jì)3.1 方波發(fā)生電路的工作原理 圖1.方波發(fā)生電路 此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，如圖所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。3上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 圖2.方波的波形圖3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖3.方波-三角波轉(zhuǎn)換電路 4 圖4.方波三角波發(fā)生電路的波形圖及滯回比較器的電壓傳輸特性 若a點(diǎn)斷開，運(yùn)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(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)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(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，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(shè)Uo1=+Vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 5 比較器的門限寬度由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖4所示。a點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為時(shí)，時(shí)，可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如圖4所示。a點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為由以上兩式可以得到以下結(jié)論：（1)電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)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(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。 6(2)方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓+Vcc。(3)電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖5.三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu) 7點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)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(dá)式為： 式中 差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見(jiàn)：（1） 傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3） 圖為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中Rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp2調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來(lái)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 8容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。 圖6.三角波正弦波變換3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算3.4.1.方波-三角波中電容C1變化實(shí)物連線中，我們一開始很長(zhǎng)時(shí)間出不來(lái)波形，后來(lái)將C2從10uf（理論時(shí)可出來(lái)波形）換成0.1uf時(shí)，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。3.4.2.三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下。由式（3-61）得 9 即取 ，則，取 ，RP1為47K的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）即當(dāng)時(shí)，取，則，取，為100K電位器。當(dāng)時(shí) ，取以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。三角波>正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，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(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。3.5 總電路圖 10 圖7.總電路圖114 電路仿真4.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真 圖8.方波-三角波仿真4.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真 12 圖9.三角波-正弦波仿真 135 電路的安裝與調(diào)試5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試5.1.1按裝方波三角波產(chǎn)生電路（1） 把兩塊741集成塊插入面包板，注意布局；（2） 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；（3）按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。5.1.2調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路（1）接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；（2）調(diào)節(jié)RP1，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；（3） 調(diào)節(jié)RP2，微調(diào)波形的頻率；（4） 觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部按裝。5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試5.2.1按裝三角波正弦波變換電路（1）在面包板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線；（2）搭生成直流源電路，注意R*的阻值選??；（3） 接入各電容及電位器，注意C6的選?。唬?）按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。5.2.2調(diào)試三角波正弦波變換電路（1） 接入直流源后，把C4接地，利用萬(wàn)用表測(cè)試差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；（2） 測(cè)試V1、V2的電容值，當(dāng)不相等時(shí)調(diào)節(jié)RP4使其相等；14（3）測(cè)試V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；（4） 在C4端接入信號(hào)源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記入其最大不失真電壓；5.3 總電路的安裝與調(diào)試（1）把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測(cè)試、觀察。（2）針對(duì)各階段出現(xiàn)的問(wèn)題，逐各排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。5.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法 方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的,在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。5.4.1方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào) 由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K,RP2?。?.5-70）K內(nèi)的任一值,否則電路可能會(huì)不起振。只要電路接線正確，上電后，UO1的輸出為方波，UO2的輸出為三角波，微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求有，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。5.4.2三角波-正弦波變換電路的裝調(diào) 按照?qǐng)D375所示電路，裝調(diào)三角波正弦波變換電路，其中差分發(fā)大電路可利用課題三設(shè)計(jì)完成的電路。電路的 調(diào)試步驟如下。15（1）經(jīng)電容C4輸入差摸信號(hào)電壓Uid=50v，F(xiàn)i =100Hz正弦波。調(diào)節(jié)Rp4及電阻R*,是傳輸特性曲線對(duì)稱。在逐漸增大Uid。直到傳輸特性曲線形狀入圖373所示，記 下次時(shí)對(duì)應(yīng)的 Uid即Uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左段接地，測(cè)量差份放大器的 靜態(tài)工作點(diǎn)I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.(2) Rp3與C4連接，調(diào)節(jié)Rp3使三角波俄 輸出幅度經(jīng)Rp3等于Uidm值，這時(shí)Uo3的 輸出波形應(yīng) 接近 正弦波，調(diào)節(jié)C6大小可改善輸出波形。如果Uo3的 波形出現(xiàn)如圖376所示的 幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生是真的原因及采取的措施有：1）鐘形失真 如圖（a）所示，傳輸特性曲線的 線性區(qū)太寬，應(yīng)減小Re2。2）半波圓定或平頂失真 如圖（b）所示，傳輸特性曲線對(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*.3）非線性失真 如圖（C）所示，三角波傳輸特性區(qū)線性度 差引起的失真，主要是受到運(yùn)放的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。（3）性能指標(biāo)測(cè)量與誤差分析 1）放波輸出電壓Upp=2Vcc是因?yàn)檫\(yùn)放輸出極有PNP型兩種晶體組成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飲和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。2）方波的上升時(shí)間T，主要受預(yù)算放大器的限制。如果輸出頻16 率的 限制?？山佣砑铀匐娙軨1，一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測(cè)量T 176電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果6.1 方波-三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果C=0.01uf fmin=527.48HZfmax=11630.24HZC=0.1uffmin=59.42HZfmax=1088.21HZC=1uffmin=7.03HZfmax=129.43HZ6.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Q1:c 5.621v,b -0.137v,e -0.6200v Q2:c 5.581v,b -0.129v,e -0.61177v Q3:c -0.6353v,b -10.079v,e -10.712v Q4:c -10.079v,b -10.079v,e -10.723vIQ1:0.31895mAIQ2:0.32095mAIQ3:0.644mAIQ4:0.6385mA 6.3 實(shí)測(cè)電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法18將C6替換為由兩個(gè).1uF串聯(lián)或直接拿掉, C1=0.1uF U=54mv Uo=2.7v >1vC1=0.01uF U=54mv Uo=2.8v>1v Xc=1/W*C,當(dāng)輸出波形為高頻時(shí)，若電容C6較大，則Xc很小，高頻信號(hào)完全被吞并，無(wú)法顯示出來(lái)。197 收獲與體會(huì)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，在這一星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、焊接過(guò)程中我感觸頗深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用的儀器儀表；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。其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在接好電路后測(cè)試出波形的那種喜悅。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們遇到了不少的問(wèn)題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問(wèn)題。在老師和同學(xué)的幫助下，把問(wèn)題一一解決，那種心情別提有多高興啊。實(shí)驗(yàn)中暴露出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問(wèn)題，有些理論知識(shí)還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)在令我感動(dòng)。總之，這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我的幫助很大，讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足，以及自己的優(yōu)勢(shì)。在接下來(lái)的學(xué)習(xí)中，我會(huì)更加的努力。201臺(tái)1臺(tái)1只2片2只 1只1只3只1只1只2只1只1只2只2只3只1只3只 1只4只1塊1把8根4根1把1米1把8 儀器儀表明細(xì)清單(1)直流穩(wěn)壓電源 (2)雙蹤示波器 (3)萬(wàn) 用 表 (4)運(yùn) 放741 (5)電位器50K 100K 100 (6)電 容470F 10F 1F 0.1F 0.01F (7)電 阻100 2K 6.8K 10K 15K 20K 51K (8) 三極管9013 (9) 面包板 (10)剪刀 (11)儀器連接線 (12)電 源 線 (13)電 烙 鐵 (14)焊 錫 絲 (15) 螺 絲 刀 21參考文獻(xiàn)童詩(shī)白主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）北京：高教出版社， 2001李萬(wàn)臣主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.3胡宴如主編. 模擬電子技術(shù). 北京. 高等教育出版社，2000 22