函数信号发生器制作与调试Word文件下载.docx
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3.1函数信号发生器总电路图·
3.2函数信号发生器的仿真·
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4电路的安装与调试·
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4.1电路的安装·
4.2电路功能调试·
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4.3制作图片·
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5电路的实验结果与总结·
13
5.1电路实验结果·
5.2课程设计总结·
6参考文献·
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《模拟电子技术》与《数字电子技术》统称为电子技术,是电力工程各专业的技术基础课,在生产实践中有着广泛的应用。
为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题主要说明采用运算放大器与独立的模拟器件共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法与调试。
信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。
能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。
在工业、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;
也可以首先产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
本课题采用先产生正弦波,再将正弦波变换成方波,然后由积分电路把方波变成三角波。
本课题的设计思路如下图所示:
其中1号线输出正弦波,2号线输出方波,3号线输出三角波。
1课程设计的目标与设计任务
1.1设计的目标
1)了解集成电路和集成运放的基本知识;
2)理解集成运放的线性运放和非线性的应用;
3)会制作集成运放组成的常见电路;
4)了解振荡和其他振荡器的组成和特点;
5)了解正弦波振荡器的组成及工作原理;
6)会制作正弦波振荡器;
7)能用仪器、仪表调试、测量振荡器的主要指标;
8)理解函数信号发生器的组成框图及工作流程;
9)会制作函数信号发生器;
10)能用仪器、仪表调试、测量函数信号发生器的主要指标。
1.2设计的要求
1)画出实际设计电路原理图
2)输出为正弦波、方波和三角波,用开关切换输出;
3)输出正弦波时,输出电压峰值为0~12V可调,输出波形频率为100Hz~1KHz可调;
4)输出方波时,输出波形峰值为0~12V可调,输出波形频率为100Hz~1KHz可调;
5)输出三角波时,输出波形峰值为0~3V可调,输出波形频率为100Hz~1KHz可调。
6)在制作过程中发现问题并能解决问题
1.3设计的任务
1)识读函数信号发生器的电路图;
2)制作集成运放基本电路;
3)制作集成运算的三角波、方波发生器;
4)制作正弦波振荡器;
5)制作函数信号发生器;
6)选择仪器仪表,调试函数信号发生器的主要指标并分析。
2单元电路的设计与调试
2.1正弦波产生电路
2.1.1正弦波振荡器的基本结构与工作原理
正弦波振荡器由一个基本放大器和一个带有选频功能的正反馈网络组成。
正弦波振荡器的结构方框图如图P3M4.1所示,它没有输入信号,正反馈信号
就是基本放大器的输入信号
。
在电路接通电源的一瞬间,由于电路中电流从零突变到某一值,它包含着丰富的交流谐波,经选频网络选出频率为某一频率的信号,一方面由输出端输出,另一方面经正反馈网络送回到输入端,经放大和选频,这样周而复始,不断地反复,只要反馈信号大于初始信号,振荡将由弱到强的建立起来。
图
(1)正弦波振荡器结构方框图
2.1.2产生振荡的条件
1)振荡平衡条件
要使振荡器输出信号
维持稳定的输出,必须使再次反馈回输入端信号
和原来输入端的信号
相等,即
将
由于
所以振荡平衡条件为
设
则
即:
………………………………………………幅度平衡条件
…)……………………………………相位平衡条件
一个振荡器只有同时满足这两个条件,才能振荡。
2)振荡起振条件
振荡器满足平衡条件时,
输出信号幅度保持不变。
但在振荡器刚开始振荡时,信号非常微弱,如仅是
振荡器将不能起振。
必须使每次反馈回来的信号大于原来的输入信号,即
振荡才能由弱到强建立起来。
所以振荡起振条件应为
>
1。
2.1.3RC正弦波振荡器的制作
由于RC文氏电桥振荡器具有电路简单、易起振、频率可调等特点被大量应用与低频振荡电路,所以本课题拟采用RC文氏电桥振荡器产生正弦波。
电子电路图如图
(2)所示:
图
(2)RC正弦波振荡器电路
如图
(2)所示,根据设计要求可选择电阻R1、R2均为2k,R3、R4均为15k,RP为47k的可调电位器。
电容C1和C2为0.1F,V1、V2为1N4001,采用的集成运放为MC4558。
R3、C1、R4、C2组成RC串并联网络形成正反馈,运放、R1、RP、R2、V1、V2组成同相比例放大器,V1、V2具有稳幅作用。
在此电路中,由RC串、并联网络组成正反馈支路和选频网络,这部分电路决定了电路的振荡频率;
由RP、V1、V2和R2组成负反馈支路和稳幅环节。
负反馈电路控制运算放大器的增益。
改变RP的阻值可改变输出电压的峰值。
调节RP为适当值,电路即能起振,输出正弦波,并利用V1、V2的非线性实现稳幅。
并联电阻R2有改善二极管非线形引起波形失真的作用。
在实际应用中,常选取文氏电桥两个支路中的R、C相同,当R选用同轴双连电位器,或C选用双连可变电容器,即可以实现振荡频率的连续可调,输出正弦波的频率为
2.1.4RC正弦波振荡器的调试
按上述电路图接好电路图在仿真仿真软件中仿真,仿真步骤如下:
1)调节电位器RP,用示波器观察输出波形UO直到出现正弦波,记录波形,并测量输出电压UO的最大不失真电压幅度,波形的周期T。
2)调节电位器RP,观察其对输出波形的影响。
3)测量频率。
将输出UO接示波器Y轴输入端,标准信号源(正弦波)输出端接示波器X轴输入端,将示波器改为“X-Y”显示方式,这时读出标准信号源的频率即是振荡器的输出频率f。
4)观察二极管的稳幅作用。
断开其中一个二极管,观察输出电压的波形能不能稳定。
断开R3,观察R3对改善失真有无作用。
2.2方波产生电路
2.2.1方波发生器的基本结构与工作原理
如图(3)所示的方波发生器电路,其中R2与Rf组成负反馈支路,运放同相端的电压为:
电阻R1、Rp和电容C组成运放的正反馈支路。
当电容C的端电压VC(等于运放的反向端电压V-)大于V+时,输出电压VO=VZ(双向稳压管VD的限幅电压),则电容C经电阻R1、Rp放电,VC下降。
当VC下降到比V+小时,比较器的输出电压VO=+VZ,电容C又经过电阻R1、Rp充电,电容的端电压VC又开始上升,如此反复,则输出电压VO为周期性方波。
方波的频率为
调节电路中的Rp可以改变频率。
图(3)方波发生器
2.2.2方波发生器的制作
电子电路如图(3)所示,根据设计要求运算放大器为MC4558,R为2k的电阻,R1、R2、Rf为10k的电阻,R3为1k的电阻,RP为100k的电位器,C的容量为1nF。
VD为2DW7。
2.2.3方波发生器的调试
按上述电子电路图接好电路在仿真软件中仿真,仿真步骤如下:
1)UREF=2V(参考电压)的直流电压;
2)在电路中接人ui=3V的直流电压,用万用表测量输出直流电压的大小并记录;
3)ui改为1V的直流电压,用万用表测量输出直流电压的大小,并记录;
4)微调ui,使ui在1V~3V之间变化,用万用表测量并观察输出直流电压的变化情况,并记录:
恰好出现高电平向低电平翻转或低电向平高电平翻转时的ui,确定此值与UREF值结果表明该电路能不能实现电压比较的作用;
5)改变电位器RP,观测是否可以改变输出信号频率。
将电位器RP调至最小时,观测电路的输出波形,此时输出信号的周期T1,器RP调至最大时,观测电路的输出波形,此时输出信号的周期为T2;
观察在这个过程中,输出信号的电压变化;
6)改变电容容量,观测是否可以改变输出信号频率。
将电路中的电C改为0.022F,观测输出信号波形,C增大时,输出信号频率会怎样变化;
2.3三角波产生电路
2.3.1三角波发生器的结构与基本工作原理
如图(4)为三角波发生器电路,它由积分电路和迟滞比较器构成。
图(4)三角波发生器电路
迟滞比较器A1输出为方波,积分器A2输出为三角波。
迟滞比较器A1的输出电平为稳压管的稳压值,高电平为UZ,低电平为-UZ。
反相端基准电压为0。
所以上、下门限电压为:
由于积分器A2输出u0反馈到迟滞比较器的输入端,所以u0在大于UTH1和小于UTH2时,迟滞比较器A1输出翻转。
三角波发生器的工作过程如下:
当迟滞比较器A1的输出电压为+UZ时,积分器A2对+UZ积分,u0线形减小。
当减小到
=
时,迟滞比较器A1输出电压翻转为-UZ。
于是A2积分器对-
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