课题一：正弦信号产生电路的设计与制作

./评审等级南京师大学电气与自动化工程学院课程设计报告〔2018—2019学年第二学期题目：正弦信号产生电路的设计与制作学号：181802008姓名：事成指导教师：余寿专业：电气工程及其自动化设计时间：2019年4月16日.目录一、设计任务与功能要求11.任务12.要求1二.设计原理概述1三．方案论证11.正弦波发生器12.调压单元23.功率放大器3四．电路参数计算51.正弦信号振荡电路52.调压电路5五．电路系统总图6六．元件清单6七．测试结果71．测试结果对比72.误差分析7八．参考文献7课题一：正弦信号产生电路的设计与制作一、设计任务与功能要求1.任务选择合适的集成运放设计、制作一个正弦信号产生电路。2.要求1.正弦信号产生电路输出正弦信号Vo的频率f0=1kHz、幅值VP=2V~8V连续可调；要求电路在带负载RL=100Ω状态下工作稳定；2.仿真电路,给出仿真结果；3.焊接、制作所设计电路；4.调试、测试电路,记录输出波形Vo,测量其最大不失真输出信号幅值；5.撰写完整报告〔含理论设计和实践制作两部分。二.设计原理概述图2-1 总设计结构框图如图2-1所示,由正弦波发生电路产生1kHz的正弦波并由调压单元转化为幅值为2V~8V连续可调的正弦波,由功率放大器提高信号的带负载能力。所有运放和三极管的电源都由直流稳压电源将220V交流电转化为±12V的直流电源供电。方案论证1.正弦波发生器方案1：如图3-1.1所示,LC变压器式正弦振荡电路。其LC变压器式振荡电路主要用来产生高频信号,其工作频率降低时,要求增大振荡回路的电感量和电容量。大电感和大电容的体积大、笨重,因此LC振荡电路不适合用于低频一般在1MHz以,并且会产生高次谐波。图3-1.1 LC变压器式正弦振荡电路方案2：如图3-1.2所示,RC串并联正弦振荡电路〔文氏桥振荡电路。由其产生正弦信号,适用于低频振荡,一般用于产生1Hz～1MHz的低频信号,便于加负反馈稳幅,容易的到良好的振荡波形,相比于方案1和方案2,所以采用此方案。图3-1.2 RC正弦串并联振荡器调压单元方案1：如图3-2.1所示,采用电位器分压加电压跟随器的方式调压。此结构电路简单,又因为后接了电压跟随器,其特点是输入阻抗非常大,输出阻抗非常小,可以提高电路的带负载能力。图3-2.1电位器后接电压跟随器方案2：如图3-2.2所示,反向比例运算电路。用其作为调压电路会使输出波形产生180度的相位变化,并且后面也要接电压跟随电路。比较两个方案,方案一电路结构简单,使总电路使用的运放少,所以采用方案一。图3-2.2反向比例运算电路3.功率放大器方案1：如图3-3.1,采用乙类双电源互补对称功率放大电路,该电路管耗小,有利于提高效率,并且解决了普通乙类功率放大器件的半个波形被削掉的失真问题。但是由于没有直流偏执,功率管的iB必须在VBE大于某一个数值时才有显著变化。当输入信号低于这个数值时,负载上则无电流通过,出现一段死区,这种现象成为交越失真。图3-3.1乙类双电源互补对称功率放大电路方案2：如图3.3-2所示,利用甲乙类互补对称功率放大电路中的两个二极管D1、D2上产生的压降为三极管提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态,从而克服交越失真。所以,本设计采用方案2。图3.3-2 甲乙类互补对称功率放大电路方案3：采用功率输出型集成运放,采用此方案可以与调压单元结合,在调压单元中的电压跟随器采用功率输出型集成运放,可以进一步减少电路所使用的元器件数量,从而简化电路。经对比采用方案三。四．电路参数计算1.正弦信号振荡电路图4-11kHz正弦信号振荡电路跟据图4-1,正弦信号发生器产生的正弦信号的频率=,产生1kHz的正弦信号时我们选用0.01uF的电容,电阻选用16千欧〔15千欧加1千欧的电阻。微弱的噪声信号经过放大,通过正反馈的选频网络,使输出幅度越来越大,最后受电路中非线性元件的限制〔这里使用电位器进行调整,使振荡幅度自动地稳定下来,开始时,Av=1+RV1/R3略大于3,达到稳定平衡状态时,Av=3,所以使R3为1千欧,RV1使用5千欧的电位器,开始起振时,使电位器略大于2千欧,然后使电位器为2千欧,从而达到稳定平衡状态。2.调压电路图4-2调压电路若考虑集成运放的损耗,则正弦波产生器产生的正弦波幅值约为10V,为了使幅值在2V-8V之间连续可调,跟据图4-2,R5为2千欧,R4为2千欧,RV2为6千欧的电位器,当电位器从0调至6千欧时,输出波形的幅值便可以从2V到8V连续可调。五．电路系统总图图5-1系统总图六．元件清单表6-1序号品名型号/规格数量备注1集成运放TL0721片TL082OPA5521片OPA5512电阻15KΩ/1/4W2RJ1KΩ/1/4W2RJ2KΩ/1/4W4RJ100Ω/1/41RJ3电容10324电位器5KΩ16KΩ15二极管1N414821N40016电路板电路焊接板17插槽8脚18接插件XH2.54-3P2XH2.54-5P9导线插接线若干焊接线若干七．测试结果1．测试结果对比表7-1幅值理论值与测试值对比表理论值测试值误差2.00V2.08V4%8.00V8.00V0%表7-2频率理论值与测试值对比表理论值测试值误差1.000kHz1.027kHz2.7%图7-1.12V测试图图7-1.28V测试图图7-1.3实际电路图2.误差分析由于实际焊接电路所采用的电阻误差为5%