电子科技大学模电课程设计报告——函数发生器
更新时间:2023-06-09 11:34:01 阅读量: 实用文档 文档下载
电子科技大学
《模拟电路基础》应用设计报告
设计题目: 函数发生器 学生姓名: 教师姓名:
学号:
日期:
一、设计任务
设计一个正弦波信号发生器 设计一个方波信号发生器
设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器 指标: 频率:1kHz
幅度:正弦波大于10Vpp;方波10Vpp;三角波6Vpp。
二、电路原理
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成;也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器。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。我们需要制作的是能够发出三种不同波形的函数发生器,为了制作我们所需要的函数发生器,得到我们所需要的波形,我们的设计方案如下:
图1 函数发生器设计框图
由三个电路组成,分别实现三种波形的产生
表1 各组成电路功能和原理
1.RC正弦震荡电路
4个组成部分:放大电路、选频网络、正反馈网络、稳幅网络。 参数选择:f 1kHz。
选择C=1nF~10nF,以产生1kHz的频率,根据C可以确定R,调节R或C可 以改变振荡频率。选择R1和R2,调节R1使电路振荡,同时波形失真小, 输出电压大小满足要求。
图2 RC正弦震荡电路
2.方波信号发生器
三部分组成:滞回比较器、RC电路、稳压管,各部分实现功能如下表:
表2 方波发生器各组成部分功能
参数选择: 振荡周期
可选择:C=
根据C及R1和R2的比值可以确定R3,调节R3或C可以改变振荡率。 选择合适的稳压管和R4,调节R3使电路振荡到所需频率。
图3 方波信号发生器
3.三角波信号发生器
方波信号利用反相积分电路变换为三角波
1
uIdt RC
若uI在t1~t2为常量,uo 则uo
1
uI t2 t1 u0(t1)RC
输入为方波时,输出为三角波 参数选择:
UT
三角波幅度UR Z
RC4
可选择:C=
根据C及输入输出信号的比值可以确定R,R可采用固定电阻与半固定电 阻相串联的形式。
图4 三角波信号发生器
0.01 F~0.1 F
4.总体电路图
图5 总体电路图
三、电路仿真和结果
1.选择的器件及其参数 选用的元器件型号和数量(表3)
表3 选用的元器件型号和数量
2.电路仿真
将上述电路按照设计框图和总电路图连接,并选择上表合适的元件参数。得到图6:
图6 仿真电路图
通过调节开关可从示波器中分别得到正弦波,方波和三角波三种波形,可从下方四通道示波器同时得到三个波形: (1)输出正弦信号
将开关调到位置1,可得到正弦信号,如图:
图7 开关位置1
图8 输出正弦波形
由图像可知,该正弦信号频率周期为1ms,所以频率为1kHz,同时,输出电压峰-峰值Vpp>10V。
(2)输出方波信号
将开关调到位置2,可得到方波信号,如图:
图9 开关位置2
图10 输出方波波形
由图像可知,该方波信号频率周期为1ms,所以频率为1kHz。同时,输出电压峰-峰值Vpp>10V。
(3)输出三角波信号
将开关调到位置3,可得到三角波信号,如图:
图11 开关位置3
图12 输出三角波波形
由图像可知,该三角波信号频率周期为1ms,所以频率为1kHz。同时,输出电压峰-峰值Vpp约为6V。
(4)同时输出三种波形
将三种波形输出端连在四通道示波器中的三个通道上,可同时输出三种波形,如图:
图13 四通道示波器输出波形图
经过上述测试所得到的结果可以看出,这个函数发生器的制作符合课程设计的要求,即:
(1)设计一个正弦波信号发生器 设计一个方波信号发生器
设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器 (2)指标: 频率:1kHz
幅度:正弦波大于10Vpp;方波10Vpp;三角波6Vpp。 所以,本次仿真设计成功。
四、电路加工及测试(可选)
1.焊接过程注意事项
(1)焊接时,应该遵循先焊小元件,如电阻和二极管等;后焊大元件,如电容。
(2)焊接时间不宜过长,特别是在焊接MC4558CU和各二极管的时候,防止高温改变元件参数。
(3)对于三角波电路,为了防止低频增益过大,可以增加如图的Rf。在振 荡频率较高(数千赫兹以上)时,由于运放工作速率的影响,电路会产 生开关延迟,使电路的振荡周期大于设计值,此时可以在积分电容上串 联补偿电阻R1。
2.阐明所用的测试仪、测试方法
用到的测试仪器有直流稳压电源,示波器和四通道示波器。
测量时,通过改变开关位置,通过示波器分别输出三种波的波形。将三种 波形输出端连在四通道示波器中的三个通道上,可同时输出三种波形。
五、问题解答
1.RC正弦振荡电路中
(1)使用10μF、1 μF的电容能否振荡出所需的正弦信号?
答:不可以,10μF、1 μF的电容太大,会使输出波形的频率变低,从而不 能达到输出频率为1kHz的标准。 (2)验证二极管D1、D2在电路中的作用?
答:含有二极管和不含有二极管时的输出波形如下图:
图14 含有二极管时的输出
图15 不含二极管时的输出
所以,加入两个二极管的作用是限制输出幅度和改善输出波形 (3)固定R1,分析R2的大小对振荡幅度、波形失真的影响?
答:R1减小时,输出波形幅度减小,减小到一定程度时,波形开始失真;R1增大时,输出幅度增大,增大到一定程度时发生失真。 2.方波发生器 (1)R4如何选择?
答:在本次设计的电路中R8在1kΩ到10kΩ之间最合适,超过或者太小均会有较大程度的失真。
(2)振荡频率主要受那些因素影响? 答;由公式
2R1
T 2R3Cln 1 R
2
可知,震荡频率主要受到电阻R7,R9和C3的影响。 (3)信号波形质量与那些参数有关?
答:波形质量与R9与C3的乘积有关,当两者乘积和电路周期相近时,不容易发生失真,输出信号的波形质量较高。 3.函数发生器
(1)Rf、R1有何作用,大小如何选择?
答:Rf与R1比值不同,输出幅值不同。所以Rf和R1应该根据输出波形所需幅值进行选择。
(2)如何调节输出信号幅度?
答:如上题,可通过调节Rf和R1比值进而调节输出幅度,也可通过改变电路中反馈电阻的阻值来改变输出信号幅度。 (3)信号波形质量与那些参数有关?
答: 输出信号的质量和信号源的建立时间还有时间基准有关,即输出信号的质量和电容放电的时间τ=RLC有关。 六、总结
在我们进行电子电路设计的时候,需要测试电路中的一些重要的数据,这里我们就需要使用函数发生器,通过函数发生器,产生一些电子信号,输入我的电路中,使我们设计的电路正常工作。因此函数发生器在我们日常进行电子设计时,用处十分广泛。
本次课程设计需要我们制作的是一个函数发生器,是其可以输出三种常用波形,通过本次设计,对函数发生器的工作原理有了更好的理解,也对运算放大电路的使用有了进一步的认识,通过查阅资料,翻看教科书以及查看课件,做出了上面的函数发生器电路,并在仿真上进行测试,而且获得成功,达到了设计制定的标准,可以稳定的输出我们需要的波形。但是也有不足,真正的函数发生器可以对输出电压和输出频率进行调节,而本次所设计的电路并没有以上功能,所以还可以对电路进行优化,如把一些决定输出幅度的电阻或者电容做成可调节的电阻和电容。这样就可以对输出幅度和输出频率进行调节,这样的函数发生器才更适合我们用其进行电子技术实验。
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