模拟电路课程设计-函数发生器设计

1、洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 _模拟电子技术基本教程_设计题目 函数发生器设计 专 业 _物联网工程专业_班 级 学 号 姓 名 完成日期 _ 2017/01/05_ 课 程 设 计 任 务 书设计题目：_函数发生器设计_设计内容与要求：利用运放和分立元器件设计一函数信号发生器，能输出正弦波、三角波、方波等。技术指标：1.输出频率：1Hz-100KHz连续可调；2.输出幅值：正弦波峰-峰值010V；三角波波峰-峰值05V；方波波峰-峰值010V；3.输出阻抗：Ro100；4.输出：正弦波失真度5%，三角波非线性5%，方波上升时间10us； 指导教师： 秦玉洁 年 月

2、日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_秦玉洁 _ 年 月 日TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28844 一、设计的具体实现 PAGEREF _Toc28844 5 HYPERLINK l _Toc23662 1、系统概述 PAGEREF _Toc23662 5 HYPERLINK l _Toc27300 PAGEREF _Toc27300 5 HYPERLINK l _Toc1213 1.2 正弦波转换方波电路的工作原理 PAGEREF _Toc1213 6 HYPERLINK l _Toc31923 二、单元电路设计与分析 PAGEREF _Toc3192

3、3 9 HYPERLINK l _Toc17598 2.1 正弦波发生电路的设计 PAGEREF _Toc17598 9 HYPERLINK l _Toc5319 2.2 正弦波转换方波电路的设计 PAGEREF _Toc5319 11 HYPERLINK l _Toc17507 2.3 方波转换成三角波电路的设计 PAGEREF _Toc17507 13 HYPERLINK l _Toc19929 PAGEREF _Toc19929 15 HYPERLINK l _Toc16968 PAGEREF _Toc16968 15 HYPERLINK l _Toc25978 三、总结 PAGEREF

4、 _Toc25978 16原理框图一、设计的具体实现1、系统概述产生正弦振荡的条件:正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。正弦波振荡电路的组成判断及分类：放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅

5、值的输出值，实现自由控制。选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。 判断电路是否振荡。方法是： （1）是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡 （2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适； （3） 是否满足幅度条件正弦波振荡电路检验，若： (1) 则不可能振荡； (2) 振荡，但输出波形明显失真； (3) 产生振荡。振荡稳定后。此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小 分类： 按选频网络的元件

6、类型，把正先振荡电路分为：RC正弦波振荡电路；LC正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路 常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。 串并联网络在此作为选频和反馈网络。它的电路图如图（1）所示： 它的起振条件为： 。它的振荡频率为： 它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为： 。1.2 正弦波转换方波电路的工作原理 在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特

7、性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UOUZ。集成运放反相输人端电位UPUI同相输入端电位令UN=UP求出的uI就是阀值电压，因此得出输出电压在输人电压u，等于阀值电压时的变化。若uI+UT，那么UN一定大于uP，因而UO-UZ，所以uP-UT。只有当输人电压UI减小到-UT，再减小一个无穷小量时，输出电压UO才会从-UT跃变为+UT。可见，UO从+UT跃变为-UT和从-UT跃变为+UT的阀值电压是不同的，电压传输特性如图b)所不。从电压传输特性上可以看出，当-UTuI+U

8、T时，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果uI是从小于-UT，的值逐渐增大到-UTuI+UT，那么UO应为+UT；如果uI从大于+UT的值逐渐减小到-UTuI+UT，那么应为-UT。曲线具有方向性，如图b)所示。实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输人电压足够大时，输出电压UO才为UZ。UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中，随着uI的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。滞回比较器中引人了正反馈，加快了UO的转换速度。例如，当UO+UZ、uP=+UT时，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即会产生如下的正反馈过程：UO的下降导致uP下降，而UP的下

9、降又使得UO进一步下降，反馈的结果使UO迅速变为UT，从而获得较为理想的电压传输特性。本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如下图所示： 正弦波传输特性1.3 方波转换成三角波电路的工作原理： 当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：二、单元电路设计与分析2.1 正弦波发生电路的设计 本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示RC桥式正弦振荡电路 该反馈电路Rf回路串联两个并联的二极管，如上图所示串联了两个并联的1N4148，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。此时输

10、出电压系数为 Au=1+(Rf+rd)/R1 RC振荡的频率为：f0=1/(2RC) 该电路中R=10K C=100nF f0=1/(2*3.14*1000*)1592Hz T=1/f0=1/1592=ms仿真波形从图中可得出产生的正弦波最大值Umax=V; T=s4=sms.F0=1/T=1562Hz.仿真得出的数据与理论计算基本一样，电路正确。2.2 正弦波转换方波电路的设计 本电路中采用滞回电压比较器将正弦波转成方波，其电路原理如下图所示滞回电压比较器电路原理图 本电路中用到的稳压管稳压电压为5V 电路中阈值电压为： UT1=-UZ UT2=UZ波形仿真： 从波形中可以得到方波电压为V,

11、与理论基本一样，可得出电路是正确的。2.3 方波转换成三角波电路的设计 本电路中方波转成三角波采用积分电路，其电路原理如下图所示积分电路图 积分电路分工为： U0=-+u0(t1) 电路仿真如下图所示该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波； 在正弦波产生电路中f=1/(2RC),改变RC的值可以改变电路的信号频率，在电压比较器中，改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例。正弦波,三角波,方波三、总结 第一次自己动手查电路实验资料、设计电路、仿真等过程，总体下来收获很大。在调试电路时，总是很难找到合适的参数。但每当电路有一点反应时，的心情都很激动，再努力一点点就可以成功，所以在不断的查阅书籍和资料，学习别人的案例，最后将电路设计成功！ 当看到课程设计题目时感觉很茫然，什么不知道，不知道从何下入手，只有要求，好像特别难。先画出大概的电路图，之后又在Multisim上仿真。不断调试，也在网上找Multisim的使用方法。使用Multisim对其进行仿真，无需将电路事物图做出来。用Multisim10对电路进行仿很方便，而且安全，对电路