函数信号发生器设计任务书Word文档格式.docx
- 文档编号:18941334
- 上传时间:2023-01-02
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:335.53KB
函数信号发生器设计任务书Word文档格式.docx
《函数信号发生器设计任务书Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《函数信号发生器设计任务书Word文档格式.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(5)培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
3.性能指标要求
(1)输出波形:
正弦波、方波、三角波等;
(2)频率范围:
1-10Hz,10-100Hz;
(3)输出电压:
方波Up-p<
=24V,三角波Up-p>
8V,正弦波U>
1V;
波形特征:
方波tr<
100μS,三角波失真系数THD<
2%,正弦波失真系数THD<
5%。
二、已知条件:
双运放741一只、三极管9013四只(β约为60)
三、函数发生器的具体方案
1.总的原理框图及总方案
图1函数信号发生器原理图
多波形信号发生器方框图如图1所示。
本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
并采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法:
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。
设计差分放大器时,传输特性曲线要对称、线性区要窄,输入的三角波的的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
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。
2.各组成部分的工作原理
2.1方波---三角波转换电路的工作原理
图2方波-三角波转换电路
图2为方波-三角波转换电路,其中运算放大器用双运放uA741。
工作原理如下:
若a点断开,运算发大器A1(左)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A2(右)与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出电压Uo2为
当
时,
当
由此可见积分器在输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系如下图3所示
图3方波--三角波波形关系
若a点闭合,即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。
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。
电位器RP1可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率。
2.2三角波—正弦波转换电路工作原理
图4三角波—正弦波转换电路
图(4)为实现三角波—正弦波变换的电路。
其中Rp3调节三角波的幅度,Rp4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C3,C4,C5为隔直电容,C6为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。
三角波-正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
差分放大器采用单入单出方式。
三角波-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。
差分放大器传输特性曲线的非线性及三角波-正弦波变换原理如下图:
图5三角波-正弦波变换原理
分析表明,传输特性曲线的表达式为:
上式中:
;
—差分放大器的恒定电流;
—温度的电压当量,当室温为25℃时,UT≈26mV。
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5可知:
(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.总电路图
整个设计电路如图6所示:
图6方波—三角波—正弦波函数信号发生器
四、电路的参数选择与电路仿真
本课题采用Multisim7作为仿真软件。
Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
Multisim7通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路;
通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为;
借助高级电路分析,理解基本设计特征;
本课题使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路行为进行仿真。
1.方波--三角波部分
参数选择:
取才C2=0.47μF,C2的取值很重要,按照你电阻的值,要取相应的值,取值不对,会直接影响到你波形输出与否。
调节RP1和RP2,微调Rp1,使三角波的输出幅度满足设计要求,调节Rp2,则输出频率在对应波段内连续可变。
方波-三角波电路的仿真:
在Multisim7中按方波-三角波转换电路图(图2)接线。
调节Rp1和Rp2到设定值,检查无误后,在正确位置接上示波器观察输出波形。
仿真电路图如下:
图7方波—三角波仿真电路图
2.三角波--正弦波部分
C4=470Μf,C5=C6=0.1μF;
R6=5.1KΩ(R6阻值只要大于5)
三角波--正弦波电路的仿真:
在Multisim10.1中按方波-三角波转换电路图(图4)接线。
保证参数正确,检查无误后,在正确位置接上示波器观察输出波形。
仿真电路图如下:
图8三角波—正弦波仿真电路图
方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图如下:
图9方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图
五、实验结果分析
方波—三角波—正弦波函数发生器电路是分成两个部分来做的,先做方波—三角波产生电路,再做三角波—正弦波变换电路,然后把两张图用线连接成一张完整的大图。
方波—三角波产生电路中的C1其实可以去掉不要的,如果要用的话,取值要比较小,这样才不会影响电路。
我的RP2的阻值是200Ω,开始设置的C2是0.1μF,但是总是出不来波形,后来老师说,C2的值太小了。
经过我多次的试验,发现0.47μF是最为合适的。
最后还要调节RP1和RP2,确保频率范围为10Hz~500Hz。
三角波—正弦波变换电路中C1=470μF,C5=C6=0.1μF,R6=5.1KΩ。
R6开始设的值是3.3KΩ,然后仿真就是没有波形出来,问了同学,研究了一会儿,也才知道,R6的阻值必须要大于5KΩ,这样之后才有波形出来了。
最后还是一样的,调节Rb1,,测试频率范围。
最后当两张图连在一起之后,不仅要看波形,还要测试输出电压:
10V,正弦波U>
1.5V。
当一切要求都满足之后,所有的函数发生器设计就完成了。
像做这种实验,要的必须是耐心,还有同学的帮助,老师的指导,必须做到齐心协力,否则调试起来很麻烦的。
附录1:
电路原理图
附录二:
元器件清单
直流稳压电源:
一台
低频信号发生器:
低频毫伏表:
双踪示波器:
万用表:
一块
晶体管图示仪:
失真度测试仪:
电阻:
100Ω:
2个
1KΩ:
2KΩ:
3.3KΩ:
1个
5.1KΩ:
3个
10KΩ:
20KΩ:
滑动变阻器:
47KΩ:
100KΩ:
一个
100Ω:
电容:
1μF:
两个
10μF:
10μF:
470μF:
三极管9013四个
双运放:
741两只
附录三:
主要参考文献
童诗白模拟电子技术基础高等教育出版社。
1998
康华光数字电子技术基础高等教育出版社。
2000
胡宴如高频电子线路高等教育出版社。
2000年六月
张肃文模拟电子技术高等教育出版社。
2000年
六、总结收获体会
《1》在这次设计、焊接过程中我对抽象的理论有了进一步的认识。
通过这次课程设计,我了解了常用元件的识别和测试;
熟悉了常用的仪器仪表;
了解了电路的连接、焊接方法;
以及如何提高电路的性能等等。
虽然这次实验我们忙了好几天,但收获的确很多。
在这次实验中,总结了很多感触体会,我们不能盲目的图快,一定要在心底有个具体的谱然后下手去焊接,这样能让我们少走弯路,更加节省时间。
在实验过程中,我也遇到了不少的问题,如波形失真,电路板测试时甚至不出波形这样的问题。
在老师和同学的帮助下,自己的总结思索下,把问题一一解决。
实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题,有些理论知识还处于懵懂状态,这次实验让我对过去未理解的很多知识有了明了的认识。
这次课程设计让我体会到了在接好电路后测试出波形的喜悦与如重释负的轻松。
此课程的设计,真的让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。
这能让我们很好的加深对不知道的理论知识的理解,同时也巩固了以前知道的知识。
明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。
这次课程设计让我意识到运用所学的知识去解决实际的问题的重要性,我们学理工科的同学应更多的锻炼提高我们的动手能力。
《2》1.焊接电路板注意事项:
a)元件没有错焊、漏焊。
b)元器件摆放端正,焊接点圆滑。
c)工艺布局美观。
d)焊接牢固。
2.万用表检查记录表
+
-
GND
U1
U2
R1
R2
√
7
4
2
3
5.5k
9.9k
3、6
10.3k
6
5.01k
1.48k
差动放大器
VC1
VC2
Ve1
Ve2
8.29
8.17
-0.56
Ui3正弦信号1k/0.5VPPUo3=8.1(VPP)
集成运放
1
5
8
调
零端
反相输
入端
同相输
输出
端
空
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 函数 信号发生器 设计 任务书