1、 課程設計說明書課程設計名稱：模擬電子技術課程設計題目：方波-三角波-正弦波波函數(shù)轉換器的設計學 院 名 稱： 信息工程學院 專業(yè)： 電子信息科學與技術 班級： 100431 學號： 10043102 姓名： 評分： 教師： 20 12 年 4 月 3 日 模擬電子技術 課程設計任務書20 11 20 12年 第 二 學期第 一 周至第 二 周題目設計制作一個方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器內(nèi)容及要求1、設計任務和要求：輸出波形頻率范圍為0.02Hz20kHz且連續(xù)可調(diào)；正弦波幅值為2V；方波幅值為2V；三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)。2、組織安排：2人一組。進度安排1布置任務、查閱資料、選擇方案

2、，領儀器設備： 2天； 2領元器件、制作、焊接：3天3調(diào)試、驗收：2.5天4提交報告：2011-2012學年第二學期37周學生姓名：尹瑩指導時間：第一周至第二周指導地點：E 樓 424室任務下達2012 年 2 月 13 日任務完成20 12 年 2 月 27 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師系（部）主任 摘 要信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。常用超低頻信號發(fā)生器的輸出只有幾個固定的波形，不能更改。本設計將介紹由集成運算放大器組成的方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法，了解多功能集成電路函數(shù)信號發(fā)生器的功能及特點

3、， 進一步掌握波形參數(shù)的測試方法。制作這種低函數(shù)信號發(fā)生器成本較低，適合學生學習電子技術測量使用。制作時只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從110HZ，10100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。其中比較器與積分電路和反饋網(wǎng)絡（含有電容元器件）組成振蕩器，其中比較器產(chǎn)生的方波通過積分電路變換成了三角波，電容的充，放電時間決定了三角波的頻率。最后利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性特點將三角波轉換成正弦波。通過介紹一種電路的連接，實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器的基本功能。將其接入電源，并通過在顯示器上觀察波形及數(shù)據(jù)，得到結果。電壓比較器實現(xiàn)方波的輸出，又連接積分

4、器得到三角波，并通過三角波-正弦波轉換電路看到正弦波，得到想要的信號。NI Multisim 軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能過快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim ，你可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用0工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。本設計就是利用Multisim軟件進行電路圖的繪制并進行仿真。 關鍵詞 ：KIA324P、電源、波形、比較器、積分器、轉換器電路、Multisim、網(wǎng)絡、函數(shù)發(fā)生器的設計目 錄第一章 設計任務1.1設計任務1.2設計要求第二章 函數(shù)轉換器的系統(tǒng)組成2.1原理框圖2.2原理分析2.3放大器功能及管腳圖 第三章

5、系統(tǒng)中各模塊設計3.1方波-三角波3.2三角波-正弦波轉換電路第四章 電路調(diào)試4.1安裝方波三角波產(chǎn)生電路4.2調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路4.2調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試工具5.2調(diào)試結果六結論及心得體會七參考文獻附表：1元器件清單 2電路圖 3仿真圖一、 設計任務1.1 任務設計制作一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波波函數(shù)轉換器1.2 要求輸出波形頻率范圍為0.02Hz20kHz且連續(xù)可調(diào)；正弦波幅值為2V；方波幅值為2V；三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)。二 、函數(shù)發(fā)生器的組成2.1原理框圖2.2原理分析函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生方波、三角波、正弦波及鋸齒波、階梯波等電壓波形

6、的電路或儀器。產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的方案有多種，本課題介紹先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法。由R、C振蕩電路、比較器產(chǎn)生方波，再通過方波轉換為三角波，最后通過差分放大器將三角波轉換為正弦波2.3放大器功能及管腳圖 KIA324P系列運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算集成放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪翶IA324P的特點1.短跑保護輸出2.真差動輸入級3.每封裝含四個運算放大器。4.具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?.行業(yè)標準的引腳排列6.輸入端具有靜電保護功能KIA324引腳圖（管腳圖）三 系統(tǒng)中各模塊設計3.1 方波-三角波由模電知識我們知道，將一組矩形波經(jīng)積分電路會得到

7、良好的三角波，所以本設計采用前置矩形波發(fā)生電路，然后對所得到的矩形波進行積分電路積分，最后輸出三角波。 矩形波發(fā)生電路實際是由一個滯回比較器和一個RC充放電回路組成，如圖一所示。其中R1、R2與集成運放組成滯回比較器，電阻R4和電容C組成充放電回路，穩(wěn)壓管D3、D4和電阻R3的作用是鉗位，將滯回比較器輸出電壓穩(wěn)定在正負Uz。在方波發(fā)生電路中，利用二極管的單項導電性是電容正向和反向充電的通路不同，從而使它們時間常數(shù)不同，即可以改變輸出電壓的占空比，再經(jīng)過積分就可以得到占空比可調(diào)的三角波，如圖所示，圖中電位器和兩個二極管的作用是將電容和放電的回路分開，調(diào)節(jié)充電和放電兩個時間常數(shù)的比例。如果將電位器

8、向下滑動，則充電時間常數(shù)減小，放電時間常數(shù)增大，于是輸出端為高電平的時間縮短，低電平的時間增長。將上述的矩形波發(fā)生電路的輸出端與積分電路的輸入端連接即可得到占空比可調(diào)的的三角波發(fā)生電路。4 將矩形波發(fā)生電路和積分電路連接起來就可以將方波轉換為占空比可調(diào)的三角波 輸出幅度 由圖可知，穩(wěn)壓管兩端電壓為UZ，R6和電位器R7串聯(lián)，R6=2歐，調(diào)節(jié)電位器為4歐，可以使輸出幅值為2V，積分電路的輸出電壓Uo往正方向線性 增長，此時U+也隨著增長，當增長至U+=U-=0時，滯回比較器的輸出電壓UO1發(fā)生跳變，而發(fā)生跳變時的UO值是使三角波的最大值Uom。將條件UO1=-UZ,U+=0和Uo=Uom代入下式

9、可得： 0=(-Uz)+Uom可解的三角波的輸出幅度為:Uom=Uz (2)占空比 當忽略二極管的導通電阻時經(jīng)分析可知：T1=(R6+R10)C(1+)T2=(R6+R9)C(1+)輸出波形的震蕩周期為： T=T1+T2=(2R6+R8)C(1+)占空比為： D=3.2三角波-正弦波轉換電路三角波-正弦波的轉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，輸入阻抗搞，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是直流放大器是，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；利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。式中，I0-差分放大器的恒定電流；UT-溫度的電壓當量，當試問為2

10、5時，UT26MV如果Uid為三角波，設表達式為 式中，Um-三角波的幅度； T-三角波的周期對以上兩式進行運算，則利用計算機對上式進行計算，IC1、IC2曲線近似于正弦波，則差分放大器的單端輸出電壓亦近似于正弦波，從而實現(xiàn)了三角波-正弦波的變換，波型變換過程如圖所示：為使輸出波形更接近于正弦波，可見1.傳輸特性曲線越對稱，先行區(qū)越窄越好；2.三角波的幅度影正好使晶體管接近于飽和區(qū)或截止區(qū)。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為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。比較器A

11、1與積分器A2的元件計算如下。由式（3-61）得即取 ，則，取 ，RP1為47K的點位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）即當時，取，則，取，為100K電位器。當時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。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，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100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。四 電路調(diào)試 4.1安裝方波三角波產(chǎn)生電路1. 把

12、兩塊741集成塊插入萬能板，注意布局；2. 分別把各電阻放入適當位置；3. 按圖接線，注意直流源的正負及接地端。4.2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)R7，使三角波的幅值滿足指標要求；3. 調(diào)節(jié)R5，微調(diào)波形的頻率；4. 觀察示波器，使各指標達到；注意：電路先產(chǎn)生方波，經(jīng)過積分電路再產(chǎn)生三角波，所以可以先安裝方波發(fā)生器，再安裝積分電路，需要注意的是，安裝電位器之前，要先將其調(diào)整到設計值，否則可能會不起振。安裝電位器的時候要注意三個管腳的接入。調(diào)節(jié)電位器R5可以調(diào)節(jié)三角波的占空比，雖然頻率會同時改變，但改變的不大。微調(diào)R5時輸出頻率在對應波段內(nèi)連續(xù)可變。調(diào)

13、節(jié)R7可以調(diào)節(jié)輸出波的幅值，使三角波的幅度滿足設計指標要求。 4.3能指標測量與誤差分析波形不穩(wěn)定時，可能是電路在安裝的時候接觸不良，可加旁路電容使波形穩(wěn)定方波的上升時間主要受放大器轉換速率的限制，如果輸出頻率太高，可介入加速電容，一般加速電容取幾十皮法。五系統(tǒng)的調(diào)試51調(diào)試工具工具：萬用表、示波器，信號發(fā)生器，數(shù)字毫伏表52調(diào)試結果信號發(fā)生器的輸出信號雖然與實際有誤差，但在誤差允許的范圍內(nèi)還是成立的，在高頻時輸出電壓為輸入電壓的五倍，用示波器監(jiān)測輸出波形沒有失真，故電路正確，調(diào)試完畢。六、結論及實訓心得體會 通過這次實訓我明白了做一個電子產(chǎn)品的流程，第一步，找材料理解每一部分電路的結構和功能

14、，在原有的基礎上加上自己所要求的，填寫自己所需的元器件的清單 ；第二步，畫原理圖，不懂的及時找輔導老師或自己查找材料并畫出正確的原理圖；第三步，把原理圖導入到萬用版上去并合理的擺放元器件，認真核對原理圖和萬用版圖的管腳是否一一對應，根據(jù)萬用板的大小在板上設計空隙大小，以及合理的設置走線規(guī)則和焊盤大小，不同的器件要不同的焊盤大小，各個網(wǎng)絡線的大小不同，走線時我們應盡量避免自動布線和走裸線。注意，在擺放元器件的時候應盡量按照原理圖擺放，在擺放芯片時要留足夠的空間裝芯片的散熱片。為期兩周的課程設計讓我感觸很深。從選擇這個課題后，我們組員在設計、繪制電路圖、仿真、焊接、調(diào)試等過程中就遇到各種各樣的問題

15、，為解決這些問題，我們查找很多資料。遇到課設要求出現(xiàn)問題時，我們進行各種嘗試，各種設計方案，最后，在和老師的商討下，最后把要求修改了，雖然這些問題使我們的進程落后了，但我們在這個過程中不再是放棄，而是積極想辦法解決。其次是在焊接過程，我們走了不少裸線，結果造成短路。吸取第一次教訓，第二塊板子在我們的精心布局下順利焊接完了，在這個過程中，可以看出我們做事情還是不夠認真，但是經(jīng)過我們不斷的努力，第二次焊接成功。在調(diào)試過程中遇到的一些問題，比如，波形出不來，波形失真，在老師的指導下，我們認真尋找問題，最后，波形調(diào)試成功。在整個設計任務中，我覺得組內(nèi)團結一致很重要，遇到問題要共同努力解決，要虛心求教，將設計做的更好！七、參考文獻 1