低频电子线路 课程设计多功能函数发生器

1、湖南工程学院课 程 设 计课程名称 低频电子线路 课题名称 多功能函数发生器 专 业 电子信息 班 级 0502 学 号 姓 名 指导教师 2007年 01月 7 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 低频电子线路 题 目 多功能函数发生器 专业班级 电子信息0502 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2006 年12 月25日设 计 完成日期 2007 年01 月 7 日 设计内容与设计要求一设计内容设计并制作一个多功能函数发生器，要求：1. 输出波形：正弦波、方波、三角波；2频率范围：10100hz连续可调；3正弦波幅度1v，失真度小于1.5%；4方波幅值24

2、v；5三角波峰-峰值8v；各种输出波形幅值连续可调。二设计要求1. 设计思路清晰，给出整体设计框图，画出整机原理图；2. 给出具体设计思路，画出单元电路；3. 用软件仿真，给出仿真结果和仿真波形，绘制pcb板图，打印出原理图和pcb图及波形；4. 进行实验调试，验证设计结果；5. 编写设计说明书。主要设计条件1. 提供实验箱或面包板；2. 提供直流电源一台；3. 必要的元器件和导线等；说明书格式1. 课程设计封面；2. 任务书；3. 说明书目录；4. 设计总体思路，基本原理和框图；5. 单元电路设计；6. 仿真结果；7. 实验调试；8. 总结与体会；9. 附录；10. 参考文献；11. 整机原

3、理图；12. pcb板图。进度安排星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；查找资料，确定总体设计方案；单元电路设计，画出整机原理图草图。星期二：在计算机上仿真，打印图纸。星期三：实验调试；星期四：实验调试；星期五：书写设计报告，画整机原理图；答辩。参考文献1. 傳丰林主编. 低频电子线路，高等教育出版社。2. 康华光主编. 电子技术基础，高等教育出版社。3. 阎 石主编. 电子技术基础，清华大学出版社。4. 陈大钦主编. 电子技术基础实验，高等教育出版社。5. 彭介华主编. 电子技术课程设计指导，高等教育出版社。6. 李万臣主编. 模拟电子技术基础实验与课程设计，哈尔滨工程大学出版社7路

4、勇主编。电子电路实验及仿真，清华大学出版社，北方交通大学出版社。 目录一、设计目的（1）二、单元电路设计 （1）三、设计原理图 （7）四、仿真结果 （8）五、电路调试（9）六、总结（11）七、附录（12） 1、pcb板（12） 2、元件清单（13） 3、整机原理图（14） 设计内容一）、设计目的 1，掌握函数发生器的主要性能。 2，掌握函数发生器的基本测试方法。 3，学会函数发生器的设计。 4，学会函数发生其的调试方法 二）、单元电路设计1）、方波 三角波产生电路图所示的电路能自动产生方波 三角波 ，电路工作原理如下若开关断开，则整个电路呈开环状态。运放a1与r1 r2及 r3 rp1 组成电

5、压比较器，运放的反向端接基准电压，即u-=0，同向端接输入电压uia，r1为平衡电阻，比较器的输出uo1的高电平近似等于正电源电压+ucc，低电平近似等于负电源电压-uee，当比较器的u+=u-=0时比较器翻转，输出uol从高电平+ucc跳到低电平-uee，或从底电平-uee跳到高电平+ucc。设uo1=+ucc,则： （1） 将(1)整理,得到比较器翻转的下门限电压uia为： （2）若uo1=-uee，则比较器翻转的上门限电位uia+ 为： （3）比较器的门限宽度uh为 （4）由式(1)到(4)，可得到比较器的电压传输特图1：运放a2与r4 rp2 c2 及r5组成反相积分器，其输入信号为方

6、波uo1则积分器的输出uo2为 (5)uo1 = +ucc时 (6)uo1 = -uee 时 (7)可见积分器输入为方波时，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2： a点闭合时 即比较器和积分器形成闭合电路 则自动产生 方波-三角波。三角波的幅度uo2m为 (8)方波-三角波的频率为 (9)由式(8)及式 (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，不会影响到输出波形的幅度。若要求输出的频率范围较宽，可以采用c2改变频率的范围，rp2实现频率微调。2，方波的输出幅值应近似等于电源电压+ucc，三角波的输出副值应该不超过电源电压+ucc。电位器rp

7、1可以实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。 2)、三角波正弦波变换电路根据图的组成框图，三角波正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器的设计表明，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。分析表明，传输特性曲线的表达式为：, （10）. （11）式中，a=ic/ie1;i0为差分放大器的恒流源电流；ut为温度的电压当量，当室温为25时，ut26mv。 如果uid为三角波，设不表达式为 (12)式中，um为三角波的幅度，t为三

8、角波的周期。将式（12）代入10）或（11），则 (13)利用计算机对式（13）进行计算，打印输出的ic1(t)或ic2(t)曲线近似于正弦波，则差分放大器的单端输出电压uc1(t) 、 uc2(t)亦近似于正弦波，从而，实现了三角波正弦波的变换。下图为实现三角波正弦波变换的电路。其中rp1调节三角波的幅度，rp2调整电路的对称性，其并联电阻re2用来减小差分放大器的线性区。电容c1、c2、c3 为隔直电容，c4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。3）、函数发生器的性能指标 （1）输出波形。正弦波、方波、三角波等。（2）频率范围。函数发生器的输出频率范围10hz100hz波段。（3）输出

9、电压。输出电压一般指输出波形的峰-峰值，即。（4）波形特性。表征正弦波特性的参数是非线性失真系数,一般要求3%。表征三角形特性的参数也是非线性失真系数，一般要求2%。表征方波特性的参数是上升时间，一般要求100ns（1khz,最大输出时）。三），实验设计将两个单元合并即得到设计原理图：再按照单元调试即可。四）、仿真结果 channela(v/div):2volts , channelb(v/div):1voltschannela(v/div):1volts , channelb(v/div):1volts五）、电路安装与调试技术方波-三角波正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，在安装调试

10、多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。1)、方波-三角波发生器的安装调试1、比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。要主意的是，安装电位器rp1与rp2之前，要将其调到设计值 例如举例题中，应先使rp1=10k ,rp2取2.57.5之间的任意阻值，否则电路可能不会起振。只要电路接线正确，上电后，uo1输出为方波，uo2的输出为三角波，微调rp1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节rp2，则输出频率在对应的波段内连续可变。2）、三角波正弦波变换电路的安装调试1、将c4与rp3连线断开，经电容c4输入差模信号电压uid=50m v

11、,f i=100hz的正弦波。调节rp4及电阻r*，使传输特性曲线对称。再逐渐增大uid，直到传输特性曲线形状如图5-12所示，记下此时对应的uid，即uidm值。移去信号源，再将c4左端接地，测量分放大器的静态工作点i0、uc1q、uc2q、uc3q、uc4q。2、将rp3与c4连接，调节rp3 使三角波的输出幅度经rp3后输出等于uidm值，这时u03的输出波形应接近正弦波，调整c6大小可改善输出波形。如果u03的波形出现如图5-15所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：1、失真：如图a示，传输特性的线性区太宽，应减小re2。2、圆顶或平顶失真：如

12、图b示，传输特性曲线对称性差，工作点q偏上或偏下，应调电阻r*。3、线性失真：如图c示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。可在输出端加滤波网络(如c6=0.1uf) 改善输出波形。3）、性能指标测量与误差分析1,方波的输出电压upp=2ucc是因为运放输出级由npn型与pnp型两种晶体管组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。六 ） 总结通过这次设计,我初步掌握了该如何设计函数发生器,根据这次设计,掌握了如何进行基本的信号变换，及实验调试技术. 本次实验先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 在电子绘图中,初步学会了如何用protel 99和ewb,能够用protel 99画原理图,对元件封装后,生成原理图网络表, ,在pcb板上载入网络表即完成pcb板上元件的载入，设定好规则后，加上自动布线和手动布线,就生成所需的完整的pcb板图.也能够用ewb对电路进行画图和仿真，生成报表等等，用来分析电路。设计过程中,我掌握了protel 99和 ewb,加深了对该类课程的理解，能够根据这些知识来进行其他的电子计设。七 附录1）、pcb板2）、元件清单3）、整机原理图电气与信息工程系课程设计评分表项