模电数电课程设计.doc

合肥经济技师职业学院模数课程设计专业名称：应用电子学生班级：10应电班学生姓名：张东学生学号1015012第一章 设计的目的及任务1.1 设计目的1.11掌握电子系统的一般设计方法1.12掌握模拟IC器件的应用1.13培养综合应用所学知识来指导实践的能力1.14掌握常用元器件的识别和测试1.15 熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法1.2设计任务 设计方波三角波正弦波函数信号发生器 1.3课程设计的要求及技术指标1.31设计、组装、调试函数发生器1.32输出波形：正弦波、方波、三角波；1.33频率范围 ：在100Hz1KHz，1 KHz-10 KHz范围内可调 ；1.34输出电压：方波U24V，三角波U6V，正弦波U=1V；方波tr小于1uS。 第二章 函数发生器的总方案及原理框图 2.1 原理框图图2-12.2 函数发生器的总方案 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。产生正弦波、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；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成如下所示：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。第三章 单元电路设计3.1 方波发生电路的工作原理 此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R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n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R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。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。方波-三角波转换电路的工作原理图3-2所示的电路能自动产生方波三角波。电路工作原理若下：若a点断开，运放A1与R1、R2及R3、RP3组织成比较器，R1成为平衡电阻，运放的反相端接基准电压，及U_=0，同相端接输入电压Uia；比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压VEE（|+Vcc|=|VEE |）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出U01从高电平+Vcc跳到低电平VEE，或从低电平VEE跳到高电平+Vcc。设U01=+Vcc，则 （3-2-1）式子中，RP1指的是电位器（以下同）。 将上式整理，得比较器翻转的下门限电位 （3-2-2）若Uo1=VEE，则比较器翻转的上门线电位 （3-2-3） 比较器的门限宽度 (3-2-4) 由式子（3-2-1）(3-2-4)可以得到比较器的电压传输特性，如图所示。图3-3 a点断开后，运放A2与R4、RP3、C2、及R5组成反相积分器，其输入信号为方波U01，则积分器的输出 (3-2-5)当U01=+Vcc时， (3-2-6)当U01=-Vcc时， (3-2-7)可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图所示。 图3-4 方波三角波波形当a点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为 （3-2-8）方波三角波的频率 （3-2-9）由式子（3-8）及（3-9）可以得出以下结论： 1.电位器RP2在调整方波三角波的输出频率时，一般不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围比较宽，则可用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。2方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc 。三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可以实现幅度微调，但会影响方波三角波的频率。差分放大器的恒定电流；温度的电压当量，当室温为25oc时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为 （3-3-3）式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。3.4.1方波-三角波部分运放A1与A2用741，因为方波的幅度接近电源电压+VCC=+12V,-VEE=-12V.比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下。由式 （3-8）得 取 ，则R3+RP1=40K，取，RP1为47K的电位器。平衡电阻R1=R2(R3+RP1)=8k，取R1=8.2K由式（3-2-9）得即R4+RP2=(R3+RP1)/(4FC2R2) 当100Hzf1kHz时， 取C2=0.1uF, 则10KR4+RP2100K,取R4=1k, RP2=100 k。 当1kHzf10kH时，取C1=0.01uF以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻R5=10K。 8.方波-三角波仿真4.2.2 三角波种正弦波失真4.3 调试中的注意事项为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点： (1)正确使用测量仪器的接地端（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。（3）仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。(4）用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（5）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（6）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查。调试结果是否正确，在很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。第五章 课程设计总结该设计电路通过先产生方波-三角波，最终艰难而曲折的把简易信号发生器设计了出来该设计电路的优点是输出波形的频率和幅度都连续可调。缺点是在调节频率的过程中正弦波的幅度会有所改变，而且波形的稳定度和失真度都会有很大的变化，这也就增加了电路调节的难度，在制成PCB板后才突然醒悟在比较器部分应该接入一个加速电容C,用来加速比较器的翻转。因此而留下了很多遗憾。总之，由于知识的有限，仿真结果不可避免的和设计要求产生了一定的偏差。通过对函数信号发生器的设计，我学到了很多的知识，一方面，我掌握了常用元件的识别和测试方法；熟悉了常用的仪