1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院： 電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 閆曉梅 時(shí)間：2014年12 題 目: 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)目的： 1）掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法；2）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力；3）掌握常用元器件的識(shí)別和測試；4）熟悉常用儀表并且了解電路調(diào)試的基本辦法 。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求： 1）輸出波形：正弦波、方波、三角波等；2）頻率范圍：10Hz10kHz；3) 輸出電壓：方波Up-p=15V，三角波Up-p=5V，正弦波Up-p=3V；4) 波形特征：方波的上升時(shí)間T2ms，三角波失真系數(shù)THD1%，正弦波失真系數(shù)THD正弦波變換電路的參數(shù)選擇

2、原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l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(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。3.5 總電路圖 圖7 函數(shù)發(fā)生器總圖4函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖 4.1 原理框圖 圖8 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器框圖4.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (

3、如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：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

4、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。5 電路仿真5.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真 圖9 方波仿真 圖10三角波仿真 圖11 聯(lián)合仿真5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真 圖12 正弦波仿真6 電路的安裝與調(diào)試及分析6.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試(1）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(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；

5、3) 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。(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(jìn)行雙蹤觀察；2) 調(diào)節(jié)RP1，使三角波的幅值滿足指標(biāo)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(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部按裝。6.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試(1)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*的阻值選取；3) 接入各電容及電位器，注意C6的選取；4) 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。(2)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(diǎn)

6、；2) 測試V1、V2的電容值，當(dāng)不相等時(shí)調(diào)節(jié)RP4使其相等；3) 測試V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；4) 在C4端接入信號(hào)源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記入其最大不失真電壓；6.3 總電路的安裝與調(diào)試(1)把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測試、觀察(2)針對(duì)各階段出現(xiàn)的問題，逐各排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。6.4調(diào)試中遇到的問題及解決的方法方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的,在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。6.4.1 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

7、路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)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(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K,RP2取（2.5-70）K內(nèi)的任一值,否則電路可能會(huì)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(shè)計(jì)指標(biāo)要求有，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。6.4.2 三角波-正弦波變換電路的裝調(diào) 按照?qǐng)D375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(shè)計(jì)完成的電路。電路的 調(diào)試步驟如下。（1）經(jīng)電容C4輸入差摸信號(hào)電壓Uid=50v，F(xiàn)i =100H

8、z正弦波。調(diào)節(jié)Rp4及電阻R*,是傳輸特性曲線對(duì)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(shí)對(duì)應(yīng)的 Uid即Uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左段接地，測量差份放大器的 靜態(tài)工作點(diǎn)I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.(2) Rp3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(shí)Uo3的 輸出波形應(yīng) 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33中圖6所示的 幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生失真的 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(yīng)減小Re2。2）半波圓定或平頂失真 如

9、圖（b）所示，傳輸特性曲線對(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*.3）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(yùn)放的影響。可在輸出端加濾波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。（3）性能指標(biāo)測量與誤差分析 1）放波輸出電壓Upp=2Vcc是因?yàn)檫\(yùn)放輸出極有PNP型兩種晶體組成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飲和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時(shí)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(shí)間T，主要受預(yù)算放大器的限制。如果輸出頻率的 限制。可接俄加速電容C1，一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測量T 7電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.1 方波-三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

10、表一 電容對(duì)應(yīng)頻率C=0.01uffmin=4138HZfmax=8333HZC=0.1uffmin=198HZfmax=1800HZC=1uffmin=28HZfmax=207HZ7.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表二 電路參數(shù)R=15KVc1=Vc2=5.530VVc3=-0.6218VVc4=-10.307VIc1=Ic2= 0.6813mA 表三 仿真結(jié)果模擬仿真（R*= 13 K）Vc1=Vc2=4.358VVc3=-0.831VVc4=-9.028VIc1=Ic2=0.5368mA7.3 實(shí)測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法 圖13 正弦波分析圖將C6替換為由兩個(gè)0.1uF串聯(lián)

11、或直接拿掉, C1=0.1uF U=54mv Uo=2.7v 1vC1=0.01uF U=54mv Uo=2.8v1vXc=1/W*C,當(dāng)輸出波形為高頻時(shí)，若電容C6較大，則Xc很小，高頻信號(hào)完 全被吞并，無法顯示出來。 8小結(jié)回顧整個(gè)課程設(shè)計(jì)的歷程，發(fā)現(xiàn)自己解決問題的能力確實(shí)提高了不少，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多有關(guān)模擬電子技術(shù)理論和實(shí)際等方面的知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)我懂得了理論和實(shí)踐結(jié)合的重要性。在設(shè)計(jì)過程中，只有將理論和實(shí)際結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。 由于第一次做，在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足

12、之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在老師的指導(dǎo)和大家的一起努力下順利完成了，而且培養(yǎng)了大家的團(tuán)隊(duì)合作精神。一件事情不管它有多么難，一張電路圖，不管它有多少元器件，既然它是一件事，肯定有解決的方案，既然它是一張圖，也肯定存在著它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，實(shí)際上做課程設(shè)計(jì)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而我們要做的不過是找到這些方案，摸清它的原理，從而使得我們的思想變得更為開闊，更為活躍！在該如何設(shè)計(jì)電路并使電路實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。這次設(shè)計(jì)

13、讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí),更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂，這次實(shí)習(xí)使我受益匪淺。9參考文獻(xiàn)1 凌玉華.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).長沙：中南大學(xué)出版社2 劉丹.例說8051.北京：人民郵電出版社3 李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)(第二版).北京：電子工業(yè)出版社4 王瓊.單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)踐教程.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社5 蔣立培.單片危機(jī)系統(tǒng)使用教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社6 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試（第三版）.湖北：華中科技大學(xué)出版社7 楊翠娥.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社 8 謝沅清.模擬電子線路.成都：成都電子科大學(xué)出版社 9 張肅文.高頻電子線路（第

14、三版）：高教出版社10 曾興雯 陳健 劉乃安.高頻電子線路輔導(dǎo).西安：西安電子科大出版社附錄一儀器儀表清單表四 設(shè)計(jì)所用儀器及器件 序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1電阻10K62電阻20K13電阻5.1K14電阻2K25電阻6.8K26電阻8.2K17電阻10018電位器10019電位器50K310電位器100K111電容0.1f1瓷片電容12電容0.01f1瓷片電容13電容0.1f1電解電容14電容1f1電解電容15電容470f3電解電容16開關(guān)1單刀雙擲開關(guān)17開關(guān)1單刀雙擲開關(guān)18運(yùn)算放大器a7412雙運(yùn)放圖1 方波三角波產(chǎn)生電路 公式（1） 公式（2） 圖2 遲滯電壓傳輸特性 圖3 三角波發(fā)生器

15、工作波形工作原理：若a點(diǎn)斷開，運(yùn)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(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，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(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，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(shè)Uo1=+Vcc,則 公式（3） 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 公式（4）若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 公式（5）比較器的門

16、限寬度公式（6）由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。a點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為公式（7）時(shí)，公式（8）時(shí)，公式（9）可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。a點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為 公式（10）方波-三角波的頻率f為公式（11）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(shí)，不會(huì)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(shí)現(xiàn)頻率微

17、調(diào)。（2）方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖4 三角波產(chǎn)生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(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，可以有效的抑制零點(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。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：公式（12）公式（13）式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT26mV。如果Uid為三

18、角波，設(shè)表達(dá)式為公式（14）式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。1）為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：2）傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；3）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)。圖為實(shí)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(duì)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為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。 圖5 三角波正弦波變換電路圖6 正弦波分析圖3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算（1）方波-三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）實(shí)物連線中，我們一開始很長時(shí)間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時(shí)

19、可出來波形）換成0.1uf時(shí)，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。（2）三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下。由式（3-61）得（15）即（16）取 ，則，取 ，RP1為47K的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）(17）即（18）當(dāng)時(shí)，取，則，取，為100K電位器。當(dāng)時(shí) ，取以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)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?yàn)檩敵鲱l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=10

20、0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(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。3.5 總電路圖 圖7 函數(shù)發(fā)生器總圖4函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖 4.1 原理框圖 圖8 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器框圖4.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器

21、與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：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

22、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。5 電路仿真5.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真 圖9 方波仿真 圖10三角波仿真 圖11 聯(lián)合仿真5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的仿真 圖12 正弦波仿真6 電路的安裝與調(diào)試及分析6.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試(1）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(dāng)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(fù)及接地端。(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(jìn)行雙蹤觀察；2) 調(diào)節(jié)RP1，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；3) 調(diào)節(jié)

23、RP2，微調(diào)波形的頻率；4) 觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部按裝。6.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試(1)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*的阻值選取；3) 接入各電容及電位器，注意C6的選取；4) 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。(2)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(diǎn)；2) 測試V1、V2的電容值，當(dāng)不相等時(shí)調(diào)節(jié)RP4使其相等；3) 測試V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；4) 在C4端接入信號(hào)源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電

24、壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記入其最大不失真電壓；6.3 總電路的安裝與調(diào)試(1)把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測試、觀察(2)針對(duì)各階段出現(xiàn)的問題，逐各排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。6.4調(diào)試中遇到的問題及解決的方法方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的,在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。6.4.1 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(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)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(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K,RP2取

25、（2.5-70）K內(nèi)的任一值,否則電路可能會(huì)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(shè)計(jì)指標(biāo)要求有，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。6.4.2 三角波-正弦波變換電路的裝調(diào) 按照?qǐng)D375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(shè)計(jì)完成的電路。電路的 調(diào)試步驟如下。（1）經(jīng)電容C4輸入差摸信號(hào)電壓Uid=50v，F(xiàn)i =100Hz正弦波。調(diào)節(jié)Rp4及電阻R*,是傳輸特性曲線對(duì)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(shí)對(duì)應(yīng)的 Uid即Uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左

26、段接地，測量差份放大器的 靜態(tài)工作點(diǎn)I0 ,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.(2) Rp3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(shí)Uo3的 輸出波形應(yīng) 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33中圖6所示的 幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)節(jié)和改善參數(shù)，產(chǎn)生失真的 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(yīng)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(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*.3）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(yùn)放的影響。可

27、在輸出端加濾波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。（3）性能指標(biāo)測量與誤差分析 1）放波輸出電壓Upp=2Vcc是因?yàn)檫\(yùn)放輸出極有PNP型兩種晶體組成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飲和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時(shí)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(shí)間T，主要受預(yù)算放大器的限制。如果輸出頻率的 限制。可接俄加速電容C1，一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測量T 7電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.1 方波-三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表一 電容對(duì)應(yīng)頻率C=0.01uffmin=4138HZfmax=8333HZC=0.1uffmin=198HZfmax=1800HZC=1uffmin=28HZfm

28、ax=207HZ7.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表二 電路參數(shù)R=15KVc1=Vc2=5.530VVc3=-0.6218VVc4=-10.307VIc1=Ic2= 0.6813mA 表三 仿真結(jié)果模擬仿真（R*= 13 K）Vc1=Vc2=4.358VVc3=-0.831VVc4=-9.028VIc1=Ic2=0.5368mA7.3 實(shí)測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法 圖13 正弦波分析圖將C6替換為由兩個(gè)0.1uF串聯(lián)或直接拿掉, C1=0.1uF U=54mv Uo=2.7v 1vC1=0.01uF U=54mv Uo=2.8v1vXc=1/W*C,當(dāng)輸出波形為高頻時(shí)，若電容C6

29、較大，則Xc很小，高頻信號(hào)完 全被吞并，無法顯示出來。 8小結(jié)回顧整個(gè)課程設(shè)計(jì)的歷程，發(fā)現(xiàn)自己解決問題的能力確實(shí)提高了不少，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多有關(guān)模擬電子技術(shù)理論和實(shí)際等方面的知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)我懂得了理論和實(shí)踐結(jié)合的重要性。在設(shè)計(jì)過程中，只有將理論和實(shí)際結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。 由于第一次做，在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在老師的指導(dǎo)和大家的一起努力下順利完成了，而且培養(yǎng)了大家的團(tuán)隊(duì)合作精神。一

30、件事情不管它有多么難，一張電路圖，不管它有多少元器件，既然它是一件事，肯定有解決的方案，既然它是一張圖，也肯定存在著它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，實(shí)際上做課程設(shè)計(jì)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而我們要做的不過是找到這些方案，摸清它的原理，從而使得我們的思想變得更為開闊，更為活躍！在該如何設(shè)計(jì)電路并使電路實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。這次設(shè)計(jì)讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí),更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂，這次實(shí)習(xí)使我受益匪淺。9參考文獻(xiàn)1 凌玉華.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).長沙：中南大學(xué)出版社2 劉丹.例

31、說8051.北京：人民郵電出版社3 李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)(第二版).北京：電子工業(yè)出版社4 王瓊.單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)踐教程.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社5 蔣立培.單片危機(jī)系統(tǒng)使用教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社6 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試（第三版）.湖北：華中科技大學(xué)出版社7 楊翠娥.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社 8 謝沅清.模擬電子線路.成都：成都電子科大學(xué)出版社 9 張肅文.高頻電子線路（第三版）：高教出版社10 曾興雯 陳健 劉乃安.高頻電子線路輔導(dǎo).西安：西安電子科大出版社附錄一儀器儀表清單表四 設(shè)計(jì)所用儀器及器件 序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1電阻10K6

32、2電阻20K13電阻5.1K14電阻2K25電阻6.8K26電阻8.2K17電阻10018電位器10019電位器50K310電位器100K111電容0.1f1瓷片電容12電容0.01f1瓷片電容13電容0.1f1電解電容14電容1f1電解電容15電容470f3電解電容16開關(guān)1單刀雙擲開關(guān)17開關(guān)1單刀雙擲開關(guān)18運(yùn)算放大器a7412雙運(yùn)放圖1 方波三角波產(chǎn)生電路 公式（1） 公式（2） 圖2 遲滯電壓傳輸特性 圖3 三角波發(fā)生器工作波形工作原理：若a點(diǎn)斷開，運(yùn)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(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入

33、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(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，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(shè)Uo1=+Vcc,則 公式（3） 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 公式（4）若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 公式（5）比較器的門限寬度公式（6）由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。a點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo

34、2為公式（7）時(shí)，公式（8）時(shí)，公式（9）可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。a點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為 公式（10）方波-三角波的頻率f為公式（11）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(shí)，不會(huì)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(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。（2）方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。3.3 三角波-正弦

35、波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖4 三角波產(chǎn)生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(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，可以有效的抑制零點(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。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：公式（12）公式（13）式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為公式（14）式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。1）為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：2）傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；3）三角波的幅度U

36、m應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖為實(shí)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(duì)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為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。 圖5 三角波正弦波變換電路圖6 正弦波分析圖3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算（1）方波-三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）實(shí)物連線中，我們一開始很長時(shí)間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時(shí)可出來波形）換成0.1uf時(shí)，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。（2）三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下。由式（3-61）得（15）即（16）取 ，則，取 ，RP1為47K的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）(17）即（18）當(dāng)時(shí)，取，則，取，為100K電位器。當(dāng)時(shí) ，取以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)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?yàn)檩敵鲱l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=