長(zhǎng)安大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器學(xué)院：信息學(xué)院專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：24030901姓名：彭翔學(xué)號(hào)：19組員：王輝王超2011年12月26日至12月30日共1周指導(dǎo)老師（簽字）：目錄——課題名稱與技術(shù)要求——摘要第一章發(fā)生器部分的方案論證與選擇第二章方案的原理框圖、總體電路圖、接線圖以及說(shuō)明原理框圖總體電路圖第三章單元電路設(shè)計(jì)、元器件選擇和電路參數(shù)計(jì)算正弦發(fā)生電路自激振蕩原理RC振蕩原理正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)主要元器件選擇及參數(shù)計(jì)算矩形波發(fā)生電路多諧波振蕩器矩形波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)鋸齒波發(fā)生電路三角波發(fā)生原理三角波發(fā)生電路設(shè)計(jì)主要元件的選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)頻率顯示部分收獲與體會(huì)及存在的問(wèn)題參考文獻(xiàn)說(shuō)明：RC正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生正弦波，由555定時(shí)器組成矩形波發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波，鋸齒波發(fā)生電路由電壓比較器構(gòu)成矩形波發(fā)生電路，輸出的矩形波經(jīng)積分電路變換獲得鋸齒波，三種波形經(jīng)過(guò)控制電路，最后經(jīng)過(guò)運(yùn)放形成幅值可調(diào)的函數(shù)信號(hào)。單元電路設(shè)計(jì)、元器件選擇和電路參數(shù)計(jì)算正弦電路發(fā)生器：1）自激振蕩原理：在振蕩電路中，人為地引入正反饋，并使反饋環(huán)路增益滿足一定的條件，那么，電路在沒(méi)有外部激勵(lì)的情況下會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)，即產(chǎn)生自激振蕩。無(wú)論在放大電路還是在振蕩電路中，自激振蕩的本質(zhì)是相同的。即振蕩時(shí)電路中的反饋一定是正反饋，并且反饋環(huán)路增益必須滿足一定的條件?；痉糯箅娐稟反饋電路F基本放大電路A反饋電路F正弦波振蕩電路主要有三個(gè)部分組成(1)放大電路。利用運(yùn)算放大器，使其有放大倍數(shù)，以滿足自激振蕩的條件。(2)反饋網(wǎng)絡(luò)。把放大電路的輸出信號(hào)正反饋到輸入端，作為放大電路的輸入信號(hào)，并滿足自激振蕩的條件。(3)選頻網(wǎng)絡(luò)。使振蕩電路只能讓某一特定頻率的信號(hào)滿足自激振蕩的條件，以保證振蕩電路輸出正弦波信號(hào)。2）RC振蕩原理說(shuō)明：RC振蕩電路如圖所示：RC振蕩電路放大電路是同相比例運(yùn)算電路，RC串并聯(lián)電路既是正反饋電路，又是選頻電路。輸出電壓。經(jīng)RC串并聯(lián)電路分壓后在RC并聯(lián)電路上得出反饋電壓，加在運(yùn)算放大器的同相輸入端，作為它的輸入電壓。由此得：欲使得Ui=Uo同相，則上式分母的虛數(shù)部分必須為零，即：R2-X2=0R=X=12這時(shí)，而同相比例運(yùn)算放大電路的電壓放大倍數(shù)則為可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，。在特定頻率時(shí)，和同相，也就是RC串并聯(lián)電路具有正反饋和選頻作用。和都是正弦波電壓。在起振時(shí)，應(yīng)使，即。隨著振蕩幅度的增大，能自動(dòng)減小，直到滿足或時(shí)，振蕩幅度達(dá)到穩(wěn)定，以后并能自動(dòng)穩(wěn)幅。從到，這是自激振蕩的建立過(guò)程。在圖一中，是利用二極管正向伏安特性的非線性來(lái)自動(dòng)穩(wěn)幅的。圖中，分和兩部分。在上正,反向并聯(lián)兩只二極管，它們?cè)谳敵鲭妷旱恼?fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初，由于幅度很小，尚不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開(kāi)路，此時(shí)時(shí)，振蕩穩(wěn)定。振蕩頻率的改變，可通過(guò)調(diào)節(jié)R或C或同時(shí)調(diào)節(jié)R和C的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。由集成運(yùn)算放大器的RC振蕩電路的振蕩頻率一般不超過(guò)1MHz。3）正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)：通過(guò)雙聯(lián)電位器Rp改變正弦波發(fā)生電路的輸出波形，輸出電壓幅值由幅值控制電路調(diào)節(jié)，如圖所示。4）主要元器件選擇及參數(shù)計(jì)算：，且1Hzf100KHz，取C=0.2uf，代入中得到R+Rp的取值范圍即：7.96R+Rp796k，取R=7.96則得出Rp取值范圍為0Rp795992.04。+>取=20K=15K=28K集成運(yùn)算放大器LM358D；共模抑制比120dB，接15v電壓。二極管D1，D2最大電流I=U0max/(+)=15/（15000+20000）=0.4286mA取二極管，最大整流電流100mA，反向工作峰值電壓50V。矩形波產(chǎn)生電路：1）多謝振蕩器：圖是由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器555定時(shí)器的內(nèi)部電路方框圖上圖所示，該集成電路由四部分組成：電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、輸出緩沖器和放電三極管。

比較器的參考電壓由三只5kΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為2Vcc／3和Vcc／3。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)2Vcc／3時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于Vcc／3時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)充電，開(kāi)關(guān)管截止。MR是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開(kāi)路或接Vcc。

CO是控制電壓端(5腳)，平時(shí)輸出2Vcc／3作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0．01μF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。

T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。接通電源后，它經(jīng)和對(duì)電容C充電，當(dāng)上升略高于2/3時(shí)，比較器的輸出為0,將觸發(fā)器置0，為0.這時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過(guò)和T放電，下降略低于1/3時(shí)，比較器的輸出為0,將觸發(fā)器置1。，又由0變?yōu)?。這時(shí)，放電管T截止，又經(jīng)和對(duì)電容C充電。如此重復(fù)此過(guò)程，為連續(xù)的矩形波。第一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度tp1，即電容C充電的時(shí)間：tp1≈(R1+R2)Cln2=0.7R2C第二個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度tp2,即電容C充電的時(shí)間：tp2≈R2Cln2=0.7R2C 振蕩周期T=tp1+tp2≈0.7(RI+2R2)C振蕩頻率f=1/T=1.43/(R1+2R2)C由555定時(shí)器組成的振蕩器，最高工作頻率可達(dá)300kHz。輸出波形的占空比D=tp1/（tP1+tP2）=(R1+R2)/(RI+2R2)2）矩形波發(fā)生器的設(shè)計(jì)：占空比可調(diào)的多諧振蕩器圖中用DI和D2兩只二極管將電容C的充放電電路分開(kāi)，并接一電位器RP。充電電路：UCC→→D1→C→“地”放電電路：C→D2→→T→“地”充電和放電的時(shí)間分別為tP1≈0.7C,tp2≈0.7C占空比為：3.鋸齒波產(chǎn)生電路：如果在三角波產(chǎn)生電路中，使積分電容充電和放電時(shí)間常數(shù)不同，而且相差懸殊，則在積分電路的輸出端即可得到鋸齒波信號(hào)三角波發(fā)生的原理：所謂三角波是指波形呈三角形、且在一周期內(nèi)上升沿與下降沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔相等的波。自激產(chǎn)生三角波的電路稱為三角波發(fā)生電路。其中集成運(yùn)放A1組成的遲滯比較器，其反相接地；A2組成的反相積分電路，積分器的作用是將遲滯比較器輸出的矩形波轉(zhuǎn)換為三角波，同時(shí)反饋給比較器的同相輸入端，是比較器產(chǎn)生隨三角波變化而翻轉(zhuǎn)的矩形波。工作原理：圖中，集成運(yùn)放A1同相輸入端的電壓由Uo和U01共同決定，根據(jù)疊加原理u+=QUOTEu01+QUOTEu0當(dāng)Uo>0時(shí)，U01=+Uz；當(dāng)Uo<0時(shí)，U01=-Uz；即遲滯比較器的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在Uo=0的時(shí)刻，此時(shí)比較器的輸入電壓，即積分器的輸出電壓U0應(yīng)是U0=+QUOTEUz，也就是比較器的上下門限電壓。經(jīng)計(jì)算，T=QUOTE。2）三角波發(fā)生電路設(shè)計(jì)：圖中，利用了二極管的單向?qū)щ娦?。通過(guò)A1輸出電壓u01=±UZ去自動(dòng)控制二極管VD1和VD2交替的導(dǎo)通、截止、改變Rw的中間活動(dòng)頭位置，就改變了RW1和下半部RW2的阻值，也就改變了積分電路中對(duì)電容C的充放回路的時(shí)間常數(shù)，從而改變u01占空比和改變鋸齒波u0上升沿和下降沿的時(shí)間。=1\*GB3①.工作原理分析圖中，當(dāng)u01=+UZ時(shí)，VD1導(dǎo)通、VD2截止，u01通過(guò)Rp、VD1、RW1對(duì)電容C正向充電，當(dāng)忽略二極管導(dǎo)通電阻時(shí)，則電容C正向充電時(shí)間常數(shù)為τ1=（RW1+Rp）C當(dāng)u01=—UZ時(shí)，VD2導(dǎo)通，VD1截止，u01通過(guò)Rp、VD2、RW2對(duì)電容C反向充電，當(dāng)忽略二極管導(dǎo)通電阻時(shí)，則反向充電時(shí)間常數(shù)為τ2≈（RW2+Rp）C改變RW的中間活動(dòng)頭位置，使RW1≠RW2,則τ1≠τ2，則u01、u0分別為矩形波和鋸齒波。圖中積分電路輸出三角形電壓u0的幅值為±Uom=±UT=±（R1/R2）UZ=2\*GB3②.震蕩周期計(jì)算設(shè)t=0的初始時(shí)刻，u01(0)=+UZ,u0(0)=+R1UZ/R2，uc(0)=+R1UZ/R2,經(jīng)過(guò)t1=T1的時(shí)間間隔，即t1時(shí)刻，輸出電壓為u0=-QUOTE=-QUOTE+QUOTE=-QUOTE所以T1=2QUOTE（Rp+Rw1）C同理分析可得T2=2QUOTE（Rp+Rw2）C所以震蕩周期為T=T1+T2=2QUOTE（2Rp+Rw2）C震蕩頻率為綜上所述可知：穩(wěn)壓管選定后，調(diào)整Rp阻值，可改變電路的震蕩周期和頻率；調(diào)整滑動(dòng)端的位置，可改變u01的占空比及鋸齒波形狀（鋸齒波上升和下降的斜率）。3）主要元件的選擇與參數(shù)計(jì)算：兩個(gè)運(yùn)算放大器選擇LF353D最大電源電壓v，共模抑制比120dB，最大輸入電壓v。穩(wěn)壓管D1，D2選擇RGP10M，穩(wěn)定電壓為12v，穩(wěn)定電流20mAUz=發(fā)生電路輸出電壓幅值Uom=Uz，取R1=R2=6KΩ，則Uom=12V運(yùn)放輸出電壓最高15V對(duì)運(yùn)放A1，i+=i-=0流過(guò)R1.R2電流,流過(guò)限流電阻R3最大電流,則，取R3=1K，取c=0.2uF，1Hzf100KHz，將R1，R2，C代入上式得2.5*1032Rp+Rw2.5*107，取Rw=1.5k，Rp1k，為保證f=100KHz，且Rw=0時(shí)，二極管安全，取Rpmin=2.5k即Rp=2.5k-2.5*107，R4=R1∥R2=3K,R5=120K取二極管，最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓50V頻率顯示部分：幅值測(cè)量2）電路圖

收獲與體會(huì)及存在的問(wèn)題：通過(guò)這兩個(gè)周的充分準(zhǔn)備與努力制作，我們小組終于完成了課程設(shè)計(jì)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我收獲頗多，是我了解到了專業(yè)課程的設(shè)計(jì)，加深了有關(guān)課程的學(xué)習(xí)，也使我深刻地認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的必要性。在掌握豐富的理論知識(shí)的同時(shí)更要重視實(shí)踐。首先，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作能力，從課設(shè)之初的課題選擇，到課設(shè)方案的論證與選擇，到個(gè)單元原理的解析，到單元的設(shè)計(jì)，到參數(shù)的選擇，再到主要元件的選取，以及到最后課設(shè)整體的完成，無(wú)不體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。其次，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，也讓我了解和學(xué)會(huì)了更多知識(shí)，例如對(duì)RC振蕩原理及鋸齒波產(chǎn)生原理有了更清楚地認(rèn)識(shí)。最后，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我熟悉并學(xué)會(huì)了許多工具的使用，例如Multisim10.1軟件及word工具的使用。此次課程設(shè)計(jì)雖然完成，但其中還有不足之處，希望老師能夠?qū)ξ疫M(jìn)行指導(dǎo)與改正，讓課設(shè)更完善，讓我學(xué)到更多東西。感謝老師平時(shí)的在辛苦答疑工作與課設(shè)指導(dǎo)工作，謝謝。參考文獻(xiàn)：《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》清華大學(xué)出版社

林濤主編

《電子電路實(shí)驗(yàn)與虛擬設(shè)計(jì)》

山東科學(xué)技術(shù)出版社

范愛(ài)平主編

《基于Multisim10.1的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與綜合應(yīng)用》

人民郵電出版社

郭鎖利

劉