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1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 函数发生器的设计 课 程： 模拟电子技术基础 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 测控0802 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2010.11 目 录1设计的目的及任务（1）1.1 课程设计的目的（1）1.2 课程设计的任务与要求（1）1.3 课程设计的技术指标（1）2 电路设计总方案及原理框图（2）2.1 电路设计原理框图（2）2.2 电路设计方案设计（2）3 各部分电路设计（3）3.1 方波发生电路的工作原理（3）3.2 方波-三角波转换电路的工作原理（4）3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理（7） 3.4电路的参数选择及计
2、算（9）3.5 总电路图（10）4 电路仿真（12）4.1 方波-三角波发生电路的仿真（12）4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真（12）5 电路的安装与调试（14）5.1 方波-三角波发生电路的安装与调试（14）5.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试（14）5.3 总电路的安装与调试（15）5.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法（15）6电路的实验结果（18）6.1 方波-三角波发生电路的实验结果（18）6.2 三角波-正弦波转换电路的实验结果（18）6.3 实测电路波形、误差分析及改进方法（18）7 收获与体会（20）8 仪器仪表明细清单（21）参考文献（22）1设计的目的及
3、任务1.1 课程设计的目的（1）掌握电子系统的一般设计方法（2）掌握模拟IC器件的应用（3）培养综合应用所学知识来指导实践的能力1.2 课程设计的任务与要求（1）设计、组装、调试函数发生器（2）输出波形：正弦波、方波、三角波；1.3 课程设计的技术指标（1）频率范围 ：在1010000Hz范围内可调 ；（2）输出电压：方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V；12 电路设计总方案及原理框图2.1 电路设计原理框图 2.2 电路设计方案设计 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
4、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。23 各部分电路设计3.1 方波发生电路的工作原理 图1.方波发生电路 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
5、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。3上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 图2.方波的波形图3.2 方波-三角波转换电路的工作原理 图3.方波-三角波转换电路 4 图4.方波三角波发生电路的波形图及滞回比较器的电压传输特性 若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压U
6、ia，R1称为平衡电阻。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Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为 5 比较器的门限宽度由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图4所示。a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为时，时，可见积分器的输入为方波时，输出是一个上
7、升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如图4所示。a点闭合，既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。三角波的幅度为方波-三角波的频率f为由以上两式可以得到以下结论：（1)电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。 6(2)方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。(3)电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 图5.三角波-正弦波转换电路三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完
8、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 7点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，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： 式中 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，设表达式为式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2） 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3） 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
9、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 8容，以滤除谐波分量，改善输出波形。 图6.三角波正弦波变换3.4电路的参数选择及计算3.4.1.方波-三角波中电容C1变化实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。3.4.2.三角波-正弦波部分比较器A1与积分器A2的元件计算如下。由式（3-61）得 9 即取 ，则，取 ，RP1为47K的点位器。区平衡电阻由式（3-62）即当时，取，则，取，
10、为100K电位器。当时 ，取以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。3.5 总电路图 10 图7.总电路图114 电路仿真4.1 方波-三角波发生电路的仿真 图8.方波-三角波仿真4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真 12 图9.三角波-正弦波仿真 135 电路的安装与调试
