模電課程設計報告

揚州大學能源與動力工程學院本科生課程設計題目函數(shù)發(fā)生器的設計課程模擬電子技術(shù)基礎專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級測控0802學號姓名指導教師完成日期201011目錄1設計的目的及任務（1）11課程設計的目的（1）12課程設計的任務與要求（1）13課程設計的技術(shù)指標（1）2電路設計總方案及原理框圖（2）21電路設計原理框圖（2）22電路設計方案設計（2）3各部分電路設計（3）31方波發(fā)生電路的工作原理（3）32方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理（4）33三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理（7）34電路的參數(shù)選擇及計算（9）35總電路圖（10）4電路仿真（12）41方波三角波發(fā)生電路的仿真（12）42三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真（12）5電路的安裝與調(diào)試（14）51方波三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試（14）52三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試（14）53總電路的安裝與調(diào)試（15）54電路安裝與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法（15）6電路的實驗結(jié)果（18）61方波三角波發(fā)生電路的實驗結(jié)果（18）62三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的實驗結(jié)果（18）63實測電路波形、誤差分析及改進方法（18）7收獲與體會（20）8儀器儀表明細清單（21）參考文獻（22）1設計的目的及任務11課程設計的目的（1）掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法（2）掌握模擬IC器件的應用（3）培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力12課程設計的任務與要求（1）設計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器（2）輸出波形正弦波、方波、三角波；13課程設計的技術(shù)指標（1）頻率范圍在1010000HZ范圍內(nèi)可調(diào)；（2）輸出電壓方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V；12電路設計總方案及原理框圖21電路設計原理框圖22電路設計方案設計由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。23各部分電路設計31方波發(fā)生電路的工作原理圖1方波發(fā)生電路此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設某一時刻輸出電壓UOUZ,則同相輸入端電位UPUT。UO通過R3對電容C正向充電，如圖所示。反相輸入端電位N隨時間T的增長而逐漸增高，當T趨于無窮時，UN趨于UZ；但是，一旦UNUT,再稍增大，UO從UZ躍變?yōu)閁Z,與此同時UP從UT躍變?yōu)閁T。隨后，UO又通過R3對電容C反向充電，如圖所示。UN隨時間逐漸增長而減低，當T趨于無窮大時，UN趨于UZ；但是，一旦UNUT,再減小，UO就從UZ躍變?yōu)閁Z，UP從UT躍變?yōu)閁T，電容又開始正相充電。3上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。圖2方波的波形圖32方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖3方波三角波轉(zhuǎn)換電路4MOPURU2132T13242PRCT圖4方波三角波發(fā)生電路的波形圖及滯回比較器的電壓傳輸特性若A點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準電壓，即U0，同相輸入端接輸入電壓UIA，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出UO1的高電平等于正電源電壓VCC，低電平等于負電源電壓VEE（|VCC|VEE|）,當比較器的UU0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出UO1從高電平跳到低電平VEE,或者從低電平VEE跳到高電平VCC。設UO1VCC,則3123120CIARPRUVUP將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位UIA為223131CCIARPRP若UO1VEE,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位UIA為5223131ECIARRUVPP比較器的門限寬度231HCIAIRUIP由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖4所示。A點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波UO1，則積分器的輸出UO2為2142OOUUDTRPC時，1OCUV24242CCOVTTRPRP時，1E24242ETT可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系如圖4所示。A點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波三角波。三角波的幅度為2231OMCRUVP方波三角波的頻率F為31242RPFC由以上兩式可以得到以下結(jié)論（1電位器RP2在調(diào)整方波三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調(diào)。62方波的輸出幅度應等于電源電壓VCC。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓VCC。3電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波三角波的頻率。33三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖5三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)7點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達式為022/1IDTCEUAIIE1/IDT式中/CEAI差分放大器的恒定電流；0I溫度的電壓當量，當室溫為25OC時，UT26MV。TU如果UID為三角波，設表達式為43MIDTTU02TTT式中UM三角波的幅度；T三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見（1）傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2）三角波的幅度UM應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3）圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電8容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。圖6三角波正弦波變換34電路的參數(shù)選擇及計算341方波三角波中電容C1變化實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將C2從10UF（理論時可出來波形）換成01UF時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當C210UF時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)。342三角波正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計算如下。由式（361）得2231OMCRUVP9即2231413OMCURPV取，則，取，RP1為47K的點20K10RPK320RK位器。區(qū)平衡電阻231/由式（362）242FC即31412RP當時，取，則，取0ZHF20F4275RPK，為100K電位器。當時，取以451RK10ZHF21CF實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。50RK三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，34570CF濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得6C6較小，一般為幾十皮法至01微法。RE2100歐與RP4100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R確定。35總電路圖10圖7總電路圖114電路仿真41方波三角波發(fā)生電路的仿真圖8方波三角波仿真42三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真12圖9三角波正弦波仿真135電路的安裝與調(diào)試51方波三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試511按裝方波三角波產(chǎn)生電路（1）把兩塊741集成塊插入面包板，注意布局；（2）分別把各電阻放入適當位置，尤其注意電位器的接法；（3）按圖接線，注意直流源的正負及接地端。512調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路（1）接入電源后，用示波器進行雙蹤觀察；（2）調(diào)節(jié)RP1，使三角波的幅值滿足指標要求；（3）調(diào)節(jié)RP2，微調(diào)波形的頻率；（4）觀察示波器，各指標達到要求后進行下一部按裝。52三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試521按裝三角波正弦波變換電路（1）在面包板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線；（2）搭生成直流源電路，注意R的阻值選??；（3）接入各電容及電位器，注意C6的選?。唬?）按圖接線，注意直流源的正負及接地端。522調(diào)試三角波正弦波變換電路（1）接入直流源后，把C4接地，利用萬用表測試差分放大電路的靜態(tài)工作點；（2）測試V1、V2的電容值，當不相等時調(diào)節(jié)RP4使其相等；14（3）測試V3、V4的電容值，使其滿足實驗要求；（4）在C4端接入信號源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當輸出波形剛好不失真時記入其最大不失真電壓；53總電路的安裝與調(diào)試（1）把兩部分的電路接好，進行整體測試、觀察。（2）針對各階段出現(xiàn)的問題，逐各排查校驗，使其滿足實驗要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。54電路安裝與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級單元電路組成的,在裝調(diào)多級電路時通常按照單元電路的先后順序分級裝調(diào)與級聯(lián)。541方波三角波發(fā)生器的裝調(diào)由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設計值，如設計舉例題中，應先使RP110K,RP2?。?570）K內(nèi)的任一值,否則電路可能會不起振。只要電路接線正確，上電后，UO1的輸出為方波，UO2的輸出為三角波，微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設計指標要求有，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對應波段內(nèi)連續(xù)可變。542三角波正弦波變換電路的裝調(diào)按照圖375所示電路，裝調(diào)三角波正弦波變換電路，其中差分發(fā)大電路可利用課題三設計完成的電路。電路的調(diào)試步驟如下。15（1）經(jīng)電容C4輸入差摸信號電壓UID50V，F(xiàn)I100HZ正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R,是傳輸特性曲線對稱。在逐漸增大UID。直到傳輸特性曲線形狀入圖373所示，記下次時對應的UID即UIDM值。移去信號源，再將C4左段接地，測量差份放大器的靜態(tài)工作點I0,UC1,UC2,UC3,UC42RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波俄輸出幅度經(jīng)RP3等于UIDM值，這時UO3的輸出波形應接近正弦波，調(diào)節(jié)C6大小可改善輸出波形。如果UO3的波形出現(xiàn)如圖376所示的幾種正弦波失真，則應調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生是真的原因及采取的措施有1）鐘形失真如圖（A）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應減小RE2。2）半波圓定或平頂失真如圖（B）所示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點Q偏上或偏下，應調(diào)整電阻R3）非線性失真如圖（C）所示，三角波傳輸特性區(qū)線性度差引起的失真，主要是受到運放的影響。可在輸出端加濾波網(wǎng)絡改善輸出波形。（3）性能指標測量與誤差分析1）放波輸出電壓UPP2VCC是因為運放輸出極有PNP型兩種晶體組成復合互補對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與飲和導通，由于導通時輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。2）方波的上升時間T，主要受預算放大器的限制。如果輸出頻16率的限制?？山佣砑铀匐娙軨1，一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測量T176電路的實驗結(jié)果61方波三角波發(fā)生電路的實驗結(jié)果C001UFFMIN52748HZFMAX1163024HZC01UFFMIN5942HZFMAX108821HZC1UFFMIN703HZFMAX12943HZ62三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的實驗結(jié)果IQ1031895MAQ1C5621V,B0137V,E06200VQ2C5581V,B0129V,E061177VQ3C06353V,B10079V,E10712VQ4C10079V,B10079V,E10723VIQ2032095MAIQ30644MAIQ406385MA63實測電路波形、誤差分析及改進方法18將C6替換為由兩個1UF串聯(lián)或直接拿掉,C101UFU54MVUO27V1VC1001UFU54MVUO28V1VXC1/WC,當輸出波形為高頻時，若電容C6較大，則XC很小，高頻信號完全被吞并，無法顯示出來。197收獲與體會一個星期的課程設計已經(jīng)結(jié)束了，在這一星期的學習、設計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。其次，這次課程設計提高了我的團隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅。在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啊。實驗中暴露出我們在理論學習中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識點，實在令我感動?？傊?，這次的課程設計對我的幫助很大，讓我認識到自己的不足，以及自己的優(yōu)勢。在接下來的學習中，我會更加的努力。208儀