电子线路课程设计--简易的函数发生器.doc

电子线路课程设计课程名称： 简易的函数发生器 院 部： 电子与信息学院 专 业： 通信工程 姓 名： 戴奇荣 学 号： 100703050224 指导教师： 刘建雄 完成时间： 2013/4/19 电子线路课程设计任务书姓名 戴奇荣 班级 10级通信工程（2）班 指导老师 刘建雄 设计课题： 简易的函数发生器设计任务与要求根据题目，然后完成以下任务：1、 查阅资料，设计一个函数发生器2、 能产生正弦波、方波、三角波3、 编写课程设计说明书要求：1、 频率为1001KHz2、 幅度为2.5V3、 掌握文氏桥震荡电路4、 完成电路的制作，测试结果设计步骤1、 查阅相关资料；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 制作并调试电路，进行测试，得到想要的波形。6、 总体电路及总体电路原理相关说明；7、 列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献1 李万臣主编 .模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版2001.3 2沈明发等编 .低频电子线路实验.广州:暨南大学出版社，2001.103 刘志军主编模拟电路实验教程北京：清华大学出版社 , 2005.54 康华光电子技术基础（模拟部分）（第四版）武汉：高等教育出版社，2005.75 舒庆莹凌玲模拟电子技术基础实验武汉：武汉理工大学出版社，2008.2摘要本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡，振荡频率由RC网络的频率特性决定。它的起振条件为：，振荡频率为：。运算放大器选用LM741CN，采用非线性元件（如温度系数为负的热敏电阻或JFET）来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定，进而达到自动稳幅的目的，这样便可以保证输出幅度为2Vp-p；而频率范围的确定是根据式fo=1/2RC以及题目给出的频率范围来确定电阻R或电容C的值，进而使其满足题目的要求。关键词：文氏电桥、振荡频率、LM741CN、JFETAbstract：This design main circuit uses the wien bridge oscillating circuit. Figure 1-1,the wien Bridge oscillator circuit by amplifying circuit and selected frequency network composed of two parts. Imposed on the positive feedback generated oscillation, RC oscillation frequency from (such as the negative temperature coefficient thermistor or JFET) feedback to automatically adjust the strength to maintain a constant output voltage, thereby achieve the purpose of automatic rate steady, this will ensure that the output rate of 2 Vp-p; And frequency range are determined according to type fo = 1 / 2 RC, as well as the frequency range of topics presented to determine resistor or capacitor C R value, thus enable them to meet the requirements of Title.Key words：The wien bridge, Oscillation frequency, LM741CN, JFET目录1. 系统方案选择和论证11.1 系统基本方案11.1.1 正弦波振荡电路的选择与论证11.1.2 稳幅控制的选择与论11.1.3 运算放大器的选择21.1.4 最终的方案选择22. 主要电路设计32.1 文氏电桥振荡电路的设计与主要特性32.1.1 RC选频网络及其特性32.1.2 集成运放电路52.1.3 分立电路62.2 RC文氏桥振荡电路的稳幅过程72.2.1 热敏电阻的稳幅过程72.2.2 JFET的稳幅过程72.3 振荡频率和输出幅度的计算8心得体会9参考文献：10附表：元件清单10附图11附图12电子线路课程设计说明书1. 系统方案选择和论证1.1 系统基本方案1.1.1 正弦波振荡电路的选择与论证本设计选用文氏电桥振荡电路。如图1-1。图1-1 RC桥式振荡电路这种电路的特点是：它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。振荡频率由RC网络的频率特性决定。它的起振条件为： 。它的振荡频率为： 。1.1.2 稳幅控制的选择与论方案一：采用硅二极管来组成限幅电路。这种电路的温度特性较差（温度升高输出振幅下降），几乎没有实用价值。故不采用。方案二：采用发光二极管LED组成限幅电路。LED是利用其正向电压与稳定的温度特性，它的正向电压比通常的硅二极管大，温度特性比三个串联的二极管要稳定的多。但该种电路的振幅稳定度和波形失真率都不太好，故不采用此方案。方案三：在放大电路的负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定。例如，在图1-1所示的电路中，Rf可用一温度系数为负数的热敏电阻代替。当输出电压|V0|增加时，通过负反馈回路的电流|If|也随之增加，结果使热敏电阻的阻值减小，负反馈加强，放大电路的增益下降，从而使输出电压|V0|下降;反之，当|V0|下降时，由于热敏电阻的自动调整作用，将使|V0|回升，因此，可以维持输出电压的恒定。也可利用JTFET工作在可变电阻区。当JFET的漏源电压Vds较小时，它的漏源电阻Rds可通过栅极电压来改变。因此，可利用JFET进行稳幅。该电路频率稳定度由使用的电容的温度系数决定，而振幅稳定度和波形失真率都得到改善。方案四：采用可编程模拟电路提供单片机正弦振荡器的设计方案1.1.3 运算放大器的选择考虑到综合性能和题目要求的关系这里我们选用LM741CN作为运算放大器1.1.4 最终的方案选择文氏电桥振荡电路适用的频率范围为几赫兹到几百千赫兹，可调范围宽，电路简单易调整，同时波形失真系数为千分之几。很适合我们题目的要求。故采用文氏电桥振荡电路以及利用非线性元件来控制电压，起到稳幅的作用。选用LM741CN作为运算放大器。2. 主要电路设计2.1 文氏电桥振荡电路的设计与主要特性RC文氏电桥振荡电路是以RC选频网络为负载的振荡器，其模型框图如图1-2：RC 选频网络放大图1-2 RC振荡器框图这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。放大电路由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络则由Z1、Z2组成，同时兼做正反馈网络。由图1-1可知，Z1、Z2和R1、Rf正好形成一个四臂电桥电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，桥式振荡电路由此得来。2.1.1 RC选频网络及其特性如图13（a） 图1-3 RC选频网络RC选频网络的传输函数为：令：R1=R2=R C1=C2=CRC串并联选频网络具有选频作用，它的频率响应特性由明显的峰值。反馈网络的反馈系数为：当=o(谐振频率)=1/RC 时,Fv=1/3(f=0)（1） 幅频特性曲线如图1-3(b)由上式： =o时： Fv(o)=1/3(最大) o时： 当，Fv()0由上图可见,当时,达到最大值并等于1/3,相位移为00,输出电压与输入电压同相,对于该频率,所取的输出电压即幅度是最大的,所以RC串并联网络具有选频作用.(2) 相频特性曲线如图1-3（b）R1 ,C1与R1串联 Xc1 Xc2R2 ,C2与R2并联 R1则：vo超前vs相位(0时,+/2)o时(增大) Xc1R1 ,C1与R1串联 R1 Xc2R2 ,C2与R2并联 Xc2则：vo滞后vo相位-(时,-/2)=o时，vo与vo同相2.1.2 集成运放电路如图1-4图1-4集成运放文氏电桥振荡器(1) 正反馈支路运放+端(2) =o=1/RC 时，相位平衡(f=0)由振幅平衡条件：AvFv=1 已知：Fv= F+=1/3 故要求： Av3(Av应反馈量)(2) 负反馈支路运放-端作用：改善波形，稳定振幅，Rt(热敏电阻)进行温度补偿。F-=R1/(Rt+R1)(3) 总反馈系数注意：运放的Ri、Ro均与RC网络并接，对网络的影响较大。2.1.3 分立电路 如图1-4 图1-5 分立器件文氏电桥振荡器注意：(1)为满足相位条件(=2n)，放大器应为2级(或偶数级)；(2)VT1的Ri小，VT2的Ro对网络影响较大，可采用场效应管。2.2 RC文氏桥振荡电路的稳幅过程2.2.1 热敏电阻的稳幅过程RC桥式振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻Rf实现的。Rf是负温度系数热敏电阻，当输出电压升高，Rf上所加的电压升高，即温度升高，Rf的阻值减小，负反馈增强，输出幅度下降，反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R1的位置.（1） 若该电路RF为一固定电阻, 放大器Au为常数.起振时:则要求振荡平衡:则要求,只有当运算放大器进入非线性工作区才能使增益下降达到平衡条件,从而产生严重失真现象.（2） 若该电路RF为一负温度系数的热敏电阻起振时:由于信号较弱,热敏电阻RF处于冷态,阻值比较大, 放大器Au值较大满足,很快振荡建立.振荡平衡: 随信号增强,热敏电阻RF温度升高,阻值减小, 放大器Au值自动下降,在运算放大器还末进入非线性工作区时,达到平衡条件 .2.2.2 JFET的稳幅过程利用JFET工作在可变电阻区，当JFET的漏源电压Vds较小时，它的漏源电阻Rds可通过栅极电压来改变。如图1-6。图中负反馈网络由Rp3、R3和JFET的漏源电阻Rds组成。正常工作时，输出电压经二极管D整流和R4、C3滤波后，通过R4、R5、Rp4为JFET栅极提供控制电压。当幅值增大时，Vgs变负，Rds将自动加大以加强负反馈。反之亦然。这样，达到自动稳幅的目的。电路调整时，一般只需调整Rp3或Rp4，就可使失真最小。2.3 振荡频率和输出幅度的计算从正弦稳态的工作情况来看，振荡频率是由相位平衡条件所决定的，由RC选频网络的选频特性可知，只有当=o=1/RC,f=0,a=0时，才满足相位平衡条件，所以振荡频率由式 fo=1/2RC 决定。当适当调整负反馈的强弱，使Av的值在起振时略大于3时，达到稳幅时Av=3,输出波形为正弦波，失真很小 。如图1-6 此时，电路的频率由电阻R1、Rp1、R2、Rp2、C11、C12、C13、C21、C22、C23决定，即fo=1/2RC。根据题目要求，电路的频率范围为10Hz-10000Hz，电阻取值如图1-6。当开关打在C13和C23上时，由fo=1/2RC可得此时电路振荡频率最低约为10Hz，当开关打在C11和C21上时，由fo=1/2RC可知此时电路振荡频率最高约为10000Hz。而输出电压约为1V，即输出幅度为2Vp-p图1-6 JFET稳幅音频信号产生电路心得体会这次的课程设计历时一个星期左右，通过这这个星期的学习和努力，设计也基本上完成了。在这个星期的学习过程中，我真正的体会到了学习的乐趣：翻阅资料，复习以前学过的相关学科知识，奔波于图书管和自习室，上网查找相关资料为了完成这次课程设计确实很辛苦，但苦中有乐，当翻了好多资料终于找到RC文氏电桥正弦波振荡电路的资料时，心中不免一阵兴奋，开心不已。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。只有劳动才能让我们感到充实。虽然这只是一次简单的课程设计，但平心而论，也耗费了不少的时间和心血，这就让我不得不佩服那些搞电子电路设计前辈们，他们为我们做出了多么大的贡献，奉献了多少时间和心血啊！这次的课程设计让我认识到自己在学习上的不足，如以前学过的电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子基础，还有电子电工实习上所学到的东西在这次的课程设计上都有运用，但当要用到这些知识时我明显的感觉到基础知识的缺乏，以致做的很吃力，这让我明白了：我一定要付出更多的努力，学好每一门学科，为以后的学习和工作打下坚实的基础。同时，在这次的课程设计中，我还学会了应用Proteus软件绘制电路图以及进行模拟仿真，这也是一个重要的收获。感谢老师可以给我们这样的一个学习的机会。参考文献：1 华中科技大学电子技术课程组编，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，2006.434.4412 华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编.电子技术基础.数字部分.第五版.北京：高等教育出版社，20063 黄智伟编.全国大学生电子设计竞赛技能训练.北京：北京航空航天大学出版社,20054 黄智伟编.全国大学生电子设计竞赛操作实例.北京：北京航空航天大学出版社,20055 黄智伟编.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航空航天大学出版社,20056 黄智伟