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模电课程设计答案1
烟台大学文经学院
模电课程设计报告
函数发生器的设计报告
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指导老师:
2010年12月31日
函数发生器试验报告
一、函数发生器的总方案及原理框图
1、电路设计原理框图
2、电路设计方案设计
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,也可以采用集成电路。
为了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。
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。
本课题采用先产生方波——三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示:
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有差分放大器来完成。
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点。
特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点飘移,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。
二、设计的目的及任务
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
(4)、掌握常用元器件的识别和测试
(5)、熟悉常用仪表,了解电路测试的基本发放
2、课程设计的任务与要求
设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器
3、课程设计的技术指标
(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;
(3)、频率范围:
在10-10000Hz范围内可调;
(4)、输出电压:
方波Up-p≦24v,三角波Up-p=8v,正弦波Up-p﹥1v。
三、各部分电路设计
1、方波发生电路及工作原理(课本371页,基本电路及工作原理总结)
工作原理:
假设t=0时电容C上的电压Uc=0,而滞回比较器的输出端为高电平,Uo=+Uz。
则集成运放相同输入端的电压为输出电压在电阻R1、R2上分压得结果。
此时输出电压+Uz将通过电阻R向电容C充电,使电容两端的电压Uc升高,而此电容上的电压接到集成运放的反相输入端,即U-=U+时,滞回比较器的输入端将再次发生跳变,由高电平跳为低电平,使Uo=-Uz,于是集成运放相同输入端的电压也立即变化。
输出电压变为低电平后,电容C将通过R放电,使Uc逐渐降低。
当电容上电压下降到U-=U+时,滞回比较器的输出端将再次发生跳变,由低电平跳为高电平,即Uo=+Uz。
以后又重复上述过程。
如此电容反复的进行充电和放电,滞回比较器的输出端反复地在高电平和低电平之间跳变,于是产生了正负交替的方波。
2、方波---三角波转换电路的工作原理
1)基本电路(课本374页,基本电路)
2)工作原理(课本374页工作原理总结)
运算放大器A1与R1、R2及R3、Rp1组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器得翻转。
运放的反向端接基准电压,即U-=0,同相输入端输入电压Uia,R1称为,平衡电阻。
比较器的输入端Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-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,或者低电平Vee跳到高电平Vcc.运放R2与R4、Rp2、2、及R5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出为Ro2,可见,积分器的输入为方波时,输出的是一个上升速度与下降速度相等的三角波。
3)电路仿真
10HZ波形图(标明修改的电阻电容参数,方波UP-P≤24V,三角波UP-P=8V)
1KHZ波形图(标明修改的电阻电容参数方波UP-P≤24V,三角波UP-P=8V)
3、三角波---正弦波转换电路的工作原理
1)基本电路
2)工作原理、
三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,康干扰能录较强等优点。
特别是作为直流放大器,可以有效地抑制零点飘移,因此可以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:
IC1=aIE1=aI0/(1+e-UId/UT)
IC2=aIE2=aI0/(1+e-Uid/UT)
式中a=IC/IE≈1
I0—差分放大器的恒定电流;
UT--温度的电压当量,当室温为25oc时,UT≈26mV。
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为滤除谐波分量,改善输出波形。
3)电路仿真
10HZ波形图(正弦波UP-P>1V)
1KHZ波形图(正弦波UP-P>1V)
5、总电路图
四、实验总结
1、通过本次实验的切实操作,我感觉到了实验对理论能进行验证这一提法,并且现在能相信这一论点。
但对于实验的真实本质我很想相信,但现在我还是不能切实的真正接受。
2、对于本实验,方波、三角波、正弦波三种波频率相同,通过观察虚拟示波器观察频率数值即可得之,这正好验证了相关的理论,三种波的频率公式相同。
3、由实际操作知,影响波形频率的是总电路图的前半部分,即方波——三角波产生电路部分,通过调节电阻如R3、R2、R4(见《模拟电子电路实验指导书》P19电路图)等来实现,这通过频率的确定公式也可看出。
4、而对于正弦波振幅大小的调节,方波——三角波产生电路及三角波——正弦波变换电路都可实现,但三角波——正弦波变换电路对信号频率无影响。
5、通过本次实验我加深了对模电中有关滞回比较器、RC冲放电回路、正弦波振荡电路、差分放大器和积分电路知识的理解,熟悉了三角波——方波——正弦波函数发生器实验电路,对三种波形之间的相互变换更加熟悉,了解更深一步。
6、通过本实验我加深了对Multisim这一软件的认识,并熟知了它的相关功能,熟练的对该软件的操作。
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