电模课程设计报告计一.docx
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电模课程设计报告计一.docx
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电模课程设计报告计一
《电路与模拟电子技术》
课程设计报告
题目低频信号源
学院(部)信息学院
专业计算机科学与技术
班级2012240201
学生姓名张奇
学号201224020124
月日至月日共周
指导教师(签字):
题目:
低频信号源
一、任务:
设计并制作能产生正弦波、方波和三角波等多种信号的低频信号源。
二、要求
1、各种输出信号的频率:
10Hz~10kHz,连续可调。
2、各种输出信号的幅度:
0~12V,连续可调;在输出为正弦波,频率为1kHz,负载电阻为60Ω时,要求输出信号幅度为6V。
3、正弦波输出信号频率稳定度优于10-4,非线性失真系数≤3%。
4、方波输出信号的上升和下降时间≤1μs,平顶降落≤5%,占空比为2%~98%,连续可调。
5、三角波信号能变换为锯齿波信号。
6、自行设计并制作满足本设计任务要求的直流稳压电源。
7、用Multisim对设计电路进行仿真。
电子技术课程设计报告要求:
1、课题名称与技术要求
2、约200字的摘要
3、总体设计方案论证及选择
4、设计方案的原理框图、总体电路图、接线图及说明
5、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算
6、给出Multisim仿真结果
7、收获与体会,存在的问题等
8、参考文献。
9、附件(如元件材料清单、原理电路图或其它说明)
摘要:
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,而正弦信号发生器是信号发生器中最常见的一种,它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号,在这些正弦信号发生器中又以低频正弦信号发生器最为常用。
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,在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
现今,常用的信号发生器大部分是由模拟电路构成的,电路的组成主要包括选频网络、反馈网络、以及放大部分,这种方式的信号发生器可以看作是一个没有输出信号的带有选频网络的正反馈放大电路。
此种信号发生器包含的选频网络是RC选频电路或者LC选频电路。
一般情况下,RC选频电路用于输出中频信号,LC选频电路用于输出高频信号,但需要这种模拟信号发生器用于输出低频信号往往需要的RC值很大(LC输出高频,更难以满足要求),这样不但参数准确度难以保证,而且体积和功耗都很大,低频难以满足要求。
而由数字电路构成的低频信号发生器多是由一些芯片组成,其低频性能比模拟信号发生器好得多,而且体积较小,输出的信号谐波较少,频率和振幅相对比较稳定。
本文用multism12实现低频信号的发生,借助于放大器对正弦信号进行放大,这种电路流程简单、运算速度高、便于调节与实现并且集成度强。
关键字:
信号发生器、波形调整、函数发生器、三角波、正弦波、方波;
一、总体设计方案:
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。
为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,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。
方案一:
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。
本方案采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。
方案一的框架图:
方案二:
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二阶低通滤波器来实现。
二阶低通滤波器是在一阶的基础上再加上一个RC电路构成,能够很好的抑制低频率信号的通过,从而将处于低频率的三角波转换成为正弦波,实现波形变换。
方案二的框架图:
方案二的优缺点:
①线性良好、稳定性好;
②频率易调,在几个数量级的频带范围内,可以方便地连续地改变频率,而且频率改变时,幅度恒定不变;
③不存在如文氏电桥那样的过渡过程,接通电源后会立即产生稳定的波形;
④三角波和方波在半周期内是时间的线性函数,易于变换其他波形。
⑤当频率过高时,不可以满足调频的要求。
方案三:
首先产生正弦波,再由过零比较器产生方波,最后由积分电路产生三角波。
正弦波通过RC串并联振荡电路(文氏桥振荡电路)产生,利用集成运放工作在非线性区的特点,由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波,然后将方波经过积分运算变换成三角波。
方案三的框架图:
二、总体电路图:
我们采用方案三:
矩形波—三角波—正弦波产生电路:
三、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算:
1.矩形波电路
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Rf对电容C正向充电。
反相输入端电位Un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,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。
随后,Uo又通过Rf对电容C反向充电,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。
上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。
2.三角波电路
三角波的产生是由积分电路实现的,积分电路将方波转换成三角波。
积分电路的原理图如下:
由于集成运放的反相输入端“虚地”,故
;又由于“虚断”,运放反相输入端的电流为零,则
,故
由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为:
由于输入的是方波,所以的值为两个状态,当>0时,
,输出波形以
的斜率上升,当uI<0时,输出波形以
的斜率下降。
上升和下降的斜率相等所以波形对称,形成三角波。
由课本289页(10.4.8)公式可得:
C=200nf;
RP=125kΩ
R1=20kΩ
R1=10KΩ
矩形波转换为三角波的电路图:
3.正弦波电路:
通过积分电路可以将三角波变为正弦波。
原理图:
4.主要元器件的选择:
该电路主要包括3554AM集成运算放大器同时还有若干电容,电阻,二极管等。
元件
规格
个数
电阻
10k欧姆
2
15kΩ
2
2kΩ
1
20kΩ
1
125kΩ
1
电源
12V
1
电容
100nf
1
200nf
1
运放
3554AM
3
稳压管
6v
2
二极管
2
四、Multisim仿真结果:
矩形波的产生:
三角波的产生:
正弦波的产生:
五、收获和总结,存在的问题:
通过这次的课程设计加深了我对书本知识的理解,提高了个人动手能了,锻炼了与他人配合的能力,增长了见识。
认识到理论和实践的差距,并认识到自己处在的不足之处,这是在以后的学习中要尽量避免的。
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。
虽然这次实验使得我纠结了近4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。
参考文献:
1.《电路与模拟电子技术基础》林涛林薇顾樱华编2004年6月科学出版社
2.《模拟电子技术基础与应用实例》戈素贞杜群羊吴海青等编著2007年2月北京航空航天大学出版社
3.《电子技术试验与课程设计指导模拟电路分册》郭永贞刘勤编2004年10月东南大学出版社
4.《模拟电子技术基础设计仿真编程与实践》李万臣主编2005年5月哈尔滨工程大学出版社.
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