函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)說明

./工學(xué)08-I《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》報(bào)告函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)專業(yè)：班級(jí)：__學(xué)號(hào)：指導(dǎo).目錄TOC\o"1-1"\h\u275731設(shè)計(jì)任務(wù)要求1104462方案比較1309563.單元電路設(shè)計(jì)2154274.元件選擇6146795.整體電路716026.總結(jié)與體會(huì)8181027.參考文獻(xiàn)9.1設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器,可產(chǎn)生方波,三角波,正弦波信號(hào)。2.頻率與幅度可以調(diào)節(jié)。3.方波占空比可以調(diào)節(jié)。2方案比較2.1第一種方案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(diǎn)穩(wěn)定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí),可以有效地抑制零點(diǎn)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。能實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的指標(biāo)要求,且能實(shí)現(xiàn)一定X圍內(nèi)的幅度調(diào)節(jié)。如圖一所示：圖1函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖2.2第二種方案采用DDS作為信號(hào)發(fā)生核心器件的全數(shù)控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案,選用了AD9850芯片,并通過單片機(jī)程序控制和處理AD9850的32位頻率控制字,再經(jīng)放大后加至以數(shù)字電位器為核心的數(shù)字衰減網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)幅度、頻率、類型以與輸出等選項(xiàng)的全數(shù)字控制。2.3第三種方案首先由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波,然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波,最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)化為正弦波,但這樣的輸出將造成負(fù)載的輸出正弦波波形變形,因?yàn)樨?fù)載的變動(dòng)將拉動(dòng)波形的崎變。如圖二所示：圖2方波、三角波、正弦波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖2.4函數(shù)發(fā)生器方案選擇方案一,關(guān)于三角波的缺陷,不是能很好的處理,且波形質(zhì)量不太理想,且頻率調(diào)節(jié)不如方案三簡(jiǎn)單方便；方案二,知識(shí)所限,復(fù)雜；方案三的電路結(jié)構(gòu)、思路簡(jiǎn)單,運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)要求,且成本低廉、調(diào)整方便,關(guān)于輸出正弦波波形的變形,可以通過可變電阻的調(diào)節(jié)來調(diào)整。綜上所述,我們選擇方案三。單元電路設(shè)計(jì)3.1由555定時(shí)器產(chǎn)生方波當(dāng)電容C1被充電時(shí),2和6引腳的電壓都上升,此時(shí)二極管D1導(dǎo)通,接通+12V電源后,電容C1被充電,Vc上升,當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí),觸發(fā)器被復(fù)位,同時(shí)放電BJTT導(dǎo)通,此時(shí)輸出電平Vo為低電平,電容C1通過R2和T放電,使Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí),觸發(fā)器又被置位,Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1經(jīng)R2,R3,他們此時(shí)所分的總阻值為R1向電容C1放電,當(dāng)C1放電結(jié)束時(shí),T截止,Vcc將通過R1、R2所分得的阻值為R3向電容器C2充電,當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí),觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn),如此周而復(fù)始,在輸出端就得到了一個(gè)周期性的方波,穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平,內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通,輸出端Vo輸出低電平,當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到Vi端。并使2端電位瞬時(shí)低于1/3Vcc,低電平比較器動(dòng)作,單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程,電容C開始充電,Vc按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)Vc充電到2/3Vcc時(shí),高電平比較器動(dòng)作,比較器A1翻轉(zhuǎn),輸出Vo從高電平返回低電平,放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通,電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電,暫態(tài)結(jié)束,恢復(fù)穩(wěn)定,為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖4。圖3方波產(chǎn)生電路圖4電路的電壓波形圖3.2方波-三角波轉(zhuǎn)換圖5三角波的產(chǎn)生電路當(dāng)741很大時(shí),運(yùn)放兩輸入端為"虛地",忽略流入放大器的電流,令輸入電壓為Vi輸出為Vo,流過電容C的電流為i1則有即輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。當(dāng)為固定值時(shí)。上式表明輸出電壓按一定比例隨時(shí)間作直線上升或下降。當(dāng)為矩形波時(shí),便成為三角波。3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)分析表明,傳輸特性曲線的表達(dá)式為：Ic=I/[1+exp<-Uid/UT>]I是差分放大器的恒定電流；UT是溫度的電壓當(dāng)量,當(dāng)室溫為25攝氏度時(shí),UT≈26mV。如果Uid為三角波,設(shè)表達(dá)式為Uid<t>=[4*Um*<t-T/4>]/T<0<=t<=T/2>Uid<t>=[-4*Um*<t-3*T/4>]/T<T/2<=t<=T>式中Um是三角波的幅度；T是三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波,有三個(gè)條件：〔1〕傳輸特性曲線越對(duì)稱,線性區(qū)越窄越好；〔2〕三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)；〔3〕圖為實(shí)現(xiàn)三角波——正弦波變換的電路。其中R5調(diào)節(jié)三角波的幅度,R9調(diào)整電路的對(duì)稱性,其并聯(lián)電阻R10用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C5為隔直電容,C8為濾波電容,以濾除諧波分量,改善輸出波形。隔直電容C5要取得較大,因?yàn)檩敵鲱l率很低,取c5=500微法,濾波電容視輸出的波形而定,若含高次斜波成分較多,c6,c7可取得較小,一般為幾十皮法至0.01微法。R9=100歐與R10=100歐姆相并聯(lián),以減小差分放大器的線性區(qū)。圖6正弦波的產(chǎn)生電路元件選擇本電路采用555定時(shí)器,555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型〔TTL〕工藝制作的稱為555,用互補(bǔ)金屬氧化物〔CMOS〕工藝制作的稱為7555,除單定時(shí)器外,還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓X圍寬,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA,因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。它不僅用于信號(hào)的產(chǎn)生和變換,還常用于控制和檢測(cè)電路中。555定時(shí)器成本低,性能可靠,只需要外接幾個(gè)電阻、電容,就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時(shí)器引腳功能：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地,一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端TR。3腳：輸出端Vo。4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平,則時(shí)基電路不工作,此時(shí)不論TR、TH處于何電平,時(shí)基電路輸出為"0",該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓,則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓,當(dāng)該端不用時(shí),應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地,以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端TH。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連,用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC,雙極型時(shí)基電路VCC的X圍是4.5~16V,CMOS型時(shí)基電路VCC的X圍為3~18V。一般用5V。555定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C1和C2、由兩個(gè)與非門G1和G2組成的基本RS觸發(fā)器〔低電平觸發(fā)〕、放電三極管T以與輸出反相緩沖器G3組成。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖與邏輯符號(hào)和管腳排列分別如圖7所示。圖7555定時(shí)器邏輯符號(hào)和管腳排列整體電路5.1總電路圖圖8總電路圖5.2電路仿真圖9方波的仿真圖圖10三角波仿真波形圖圖11正弦波仿真波形6.總結(jié)與體會(huì)為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束,在這兩星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)過程中我感觸頗深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì),我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用的儀器儀表；通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì),我們還深刻認(rèn)識(shí)到了"理論聯(lián)系實(shí)際"的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對(duì)此課程的設(shè)計(jì),我們不但知道了以前不知道的理論知識(shí),而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí),明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問題,提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以與調(diào)試過程中,我們感覺調(diào)試部分是最難的,因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù),我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過程,沒有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的,而這個(gè)可能也是老師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧！在實(shí)驗(yàn)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(xué)的幫助下,把問題一一解決,那種心情別提有多高興啦。實(shí)驗(yàn)中暴露出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問題,有些理論知識(shí)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(shí)點(diǎn)。最后用一句話來結(jié)束吧："實(shí)踐是