1、<p>　　模擬電子技術課程設計說明書</p><p>　　系：電氣與信息工程系 年級：大二 專業(yè)：通信工程 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論…………………………………………………… 1</

2、p><p>　　第二章 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖…………………2</p><p>　　2.1 電路設計原理框圖…………………………………………2 </p><p>　　2.2 電路設計方案設計…………………………………………2</p><p>　　第三章 單元電路設計…………………………………………3</p><p&g

3、t;　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………3</p><p>　　3.2 方波---三角波轉換電路的工作原理…………………… 3 </p><p>　　3.3 三角波---正弦波轉換電路的工作原理………………… 4</p><p>　　3.4 電路的參數(shù)選擇與計算………………………………… 5</p><p>　　3.4

4、.1 方波-三角波部分 …………………………………… 5 </p><p>　　3.4.2 三角波—正弦波部分………………………………… 5</p><p>　　3.5 總電路圖………………………………………………… 6</p><p>　　第四章 電路仿真…………………………………………… 7</p><p>　　4.1 方波波形………

5、………………………………………… 7</p><p>　　4.2 三角波波形……………………………………………… 7</p><p>　　4.3 正弦波波形……………………………………………… 8</p><p>　　4.4 方波---三角波發(fā)生電路的仿真…………………………8 </p><p>　　4.5 三角波---正弦波轉換電路的

6、仿真………………………9</p><p>　　4.6仿真數(shù)據(jù)……………………………………………………9 </p><p>　　第五章 電路的安裝與調試…………………………………10</p><p>　　5.1 方波—三角波發(fā)生器的調試……………………………10</p><p>　　5.2 三角波—正弦波變換的調試…………………………… 1

7、0</p><p>　　5.3調試數(shù)據(jù)………………………………………………… 10</p><p>　　5.4 誤差分析……………………………………………… 11</p><p>　　5.5 PCB板圖：……………………………………………… 11</p><p>　　結束語……………………………………………………………12</p>

8、;<p>　　參考文獻…………………………………………………………13</p><p>　　附錄：元器件明細清單………………………………………… 14</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四

9、大類。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。</p><p>　　信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號

10、發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學等領域內，如高頻感應加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。</p><p>　　信號發(fā)生器的作用——信號調制功能:信號調制是指被調制信

11、號中，幅度、相位或頻率變化把低頻信息嵌入到高頻的載波信號中，得到的信號可以傳送從語音、到數(shù)據(jù)、到視頻的任何信號。信號調制可分為模擬調制和數(shù)字調制兩種，其中模擬調制，如幅度調制(AM)和頻率調制(FM)最常用于廣播通信中，而數(shù)字調制基于兩種狀態(tài)，允許信號表示二進制數(shù)據(jù)。</p><p>　　第二章 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖</p><p>　　2.1 電路設計原理框圖</p&

12、gt;<p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　2.2 電路方案設計</p><p>　?。?）采用滯回比較器產(chǎn)生方波；</p><p>　?。?）采用積分器將方波轉換成三角波；</p><p>　?。?）采用差分放大器將三角波轉換成正弦波。</p><p>　　第三

13、章 單元電路設計</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理：</p><p>　　由集成運放構成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖2-2所示為由滯回比較器及簡單RC 積分電路組成的方波—三角波發(fā)生器。它的特點是線路簡單，但三角波的線性度較差。主要用于產(chǎn)生方波，或對三角波要求不高的場合。</p><p>　　調節(jié)電位器RW

14、（即改變R2／R1），可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之變化。如要互不影響，則可通過改變Rf（或Cf）來實現(xiàn)振蕩頻率的調節(jié)。</p><p>　　圖2-1 方波產(chǎn)生電路</p><p>　　3.2 方波---三角波轉換電路的工作原理：</p><p><b>　　圖2-2-1</b></p><p>　　方波---三

15、角波轉換電路圖</p><p>　　圖所示的電路能自動產(chǎn)生方波—三角波。電路工作原理若下：若a點斷開，運放A1與R1、R2及R3、RP3組織成比較器，R1成為平衡電阻，運放的反相端接基準電壓，及U_=0，同相端接輸入電壓Uia；比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓—VEE（|+Vcc|=|—VEE |）,當比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉，輸出U01從高電平+Vcc跳到低電平

16、—VEE，或從低電平—VEE跳到高電平+Vcc。設U01=+Vcc，則</p><p><b>　?。?-2-1）</b></p><p>　　式子中，RP1指的是電位器（以下同）。 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉的下門限電位</p><p><b>　　（3-2-2）</b><

17、;/p><p>　　若Uo1=—VEE，則比較器翻轉的上門線電位</p><p>　　（3-2-3） </p><p>　　比較器的門限寬度 </p><p>　　由式子（3-2-1）～(3-2-4)可以得到比較器的電壓傳輸特性，如圖所示。</p><p>　　比較器的電壓傳輸特性</

18、p><p>　　a點斷開后，運放A2與R4、RP3、C2、及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波U01，則積分器的輸出</p><p><b>　　(3-2-5)</b></p><p>　　當U01=+Vcc時， (3-2-6)</p><p>　　當U01=-Vcc時，

19、 (3-2-7)</p><p>　　可見積分器輸入方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖所示。</p><p><b>　　方波—三角波波形</b></p><p>　　當a點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為</p><

20、;p><b>　?。?-2-8）</b></p><p><b>　　方波—三角波的頻率</b></p><p><b>　?。?-2-9）</b></p><p>　　由式子（3-8）及（3-9）可以得出以下結論：</p><p>　　1.電位器RP2在調整方波—三角波

21、的輸出頻率時，一般不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍比較寬，則可用C2改變頻率的范圍，RP2實現(xiàn)頻率微調。</p><p>　　2．方波的輸出幅度約等于電源電壓+Vcc 。三角波的輸出幅度不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可以實現(xiàn)幅度微調，但會影響方波—三角波的頻率</p><p>　　3.3 三角波-正弦波轉換電路的工作原理</p><p>　　三角波

22、-正弦波轉換電路圖</p><p>　　差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，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式為： （3-3-1）</p><p>　　Ic1=aIE1=aIo/[1+e(-Uid/UT)] （3-3-2）

23、</p><p><b>　　式中　　</b></p><p>　　——差分放大器的恒定電流；</p><p>　　——溫度的電壓當量，當室溫為25oc時，UT≈26mV。</p><p>　　如果Uid為三角波，設表達式為</p><p><b>　　（3-3-3）</b>

24、</p><p>　　式中　　Um——三角波的幅度；</p><p>　　T——三角波的周期。</p><p>　　將式（3-3-3）代入式（3-3-2），得</p><p>　　4Um/T(t-T/4) (0<=t<=T/2)</p><p><b>　　Uid=</b><

25、;/p><p>　　-4Um/T(t-3T/4) (T/2<=t<=T) （3-3-4） </p><p>　　波形變換過程如下圖：</p><p>　　三角波——正弦波變換</p><p>　　為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：</p><p>　　傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；&l

26、t;/p><p>　　三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。</p><p>　　圖為實現(xiàn)三角波——正弦波變換的電路。其中Rp3調節(jié)三角波的幅度，Rp4調整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分波形量，改善輸出</p><p>　　3.4 電路的參數(shù)選擇與計算</p>

27、<p>　　3.4.1 方波-三角波部分</p><p>　　運放A1與A2用741，因為方波的幅度接近電源電壓+VCC=+12V,-VEE=-12V.</p><p>　　比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下。</p><p><b>　　由式 （3-8）得</b></p><p>　　取 ，則R3+

28、RP1=40KΩ，取，RP1為47KΩ的電位器。平衡電阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k，取R1=8.2KΩ</p><p>　　由式（3-2-9）得</p><p>　　即R4+RP2=(R3+RP1)/(4FC2R2)</p><p>　　當100Hz≤f≤1kHz時， 取C2=0.1uF, 則10KΩ<R4+RP2<100KΩ,取R4=1k,

29、 RP2=100 k。 當1kHz≤f≤10kH時，取C1=0.01uF以實現(xiàn)頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10KΩ。</p><p>　　3.4.2 三角波—正弦波部分</p><p>　　1、差分放大器元件參數(shù)確定</p><p>　　取RC1=RC2=10 KΩ,RB1=RB2=6.8 KΩ,取I0=1.1mA, 而</p&g

30、t;<p>　　I0=(RE4/RE3)IREF (3-4-1)</p><p>　　IREF=VEE-UBE/(RE4+R)=12-0.7/RE4+R (3-4-2)</p><p>　　

31、取RE4=R=20 KΩ,代入(3-4-2)，得IREF=0.28 mA，將IREF=0.28 mA代入(3-4-1)，得RE3=5 KΩ</p><p>　　2、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，因為輸出頻率不是很大，取C3=47uF，C4=C5=470uF，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。這里取C6=0.

32、1Uf, 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)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調整RP4及電阻R確定。</p><p><b>　　3.5總電路圖：</b></p><p>　　第四章 電路仿真</p><p><b>　　4.1 方波波形</b></p>

33、<p>　　上圖所示為開關打到C2=0.1uF時的情況，此時f≈208Hz，V≈22V。</p><p>　　4.2 三角波波形 </p><p>　　上圖所示為開關打到C2=0.1uF時的情況，此時f≈208Hz，V≈6V。</p><p><b>　　4.3 正弦波波形</b></p><p>　　上圖所示

34、為開關打到C2=0.1uF時的情況，此時f≈214Hz，V≈1.2V。</p><p>　　4.4 方波---三角波轉換電路的仿真</p><p>　　上圖所示為開關打到C2=0.1uF時的情況，此時f≈208Hz.</p><p>　　4.5 三角波---正弦波轉換電路的仿真</p><p>　　上圖所示為開關打到C2=0.1uF時的情況，

35、此時f≈210Hz。</p><p><b>　　4.6仿真數(shù)據(jù)</b></p><p>　　第五章 電路的安裝與調試</p><p>　　5.1 方波—三角波發(fā)生器的調試</p><p>　　由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波和正弦波，所以這兩個單元電路可以同時安裝。但是需要注意的是，在安裝

36、電位器RP1與RP2之前，要先將其調整到設計值，否則會導致電路不起振。如果電路接線正確。則在接通電源后，A1輸出為方波，A2輸出為三角波，微調RP1，使三角波的輸出幅度滿足設計指標要求，調節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。</p><p>　　5.2 三角波—正弦波變換的調試</p><p>　　1、差分放大器傳輸傳輸特性曲線調試。將C4與RP3的連線斷開，經(jīng)電容C4輸入差模信號電壓uid=5

37、0mV，fi=10kHz的正弦波。調節(jié)RP4及電阻R，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特曲線形狀如圖3-6所示，記下此時對應的uid，即uidm值。移去信號源，再將C4左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點Io、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q。 </p><p>　　2、三角波-正弦波變換電路的調試。將RP3與C4連接，調節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng)由RP3 后輸出等于uidm值，這時U03

38、的輸出波形應接近正弦波，調整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖5-2-2所示的幾種正弦波失真，則應調整和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應措施有：</p><p>　?、夔娦问д?如圖（a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應減小RE2。</p><p>　?、诎氩▓A頂或平頂失真 如圖（b）如示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點Q偏上或偏下，應調整電阻R。<

39、/p><p>　?、鄯蔷€性失真如圖（c）所示，三角波的線性度較差引起的失真，主要受運放性能的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡（如C6=100pF）改善輸出波形。</p><p><b>　　5.3調試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　5.4 誤差分析</b></p><p>　　1. 方波輸出電壓V

40、p-p≤2Vcc，因為運放輸出級是由NPN型或PNP型兩種晶體管組成的復合互補對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與飽和導通，導通時輸出電阻的影響，使方波輸出幅度小于電源電壓值。</p><p>　　2. 方波的上升時間Tr，主要受到運放轉換速度的限制。如果輸出頻率比較高，則可以接入加速器電容C（C一般為幾十皮法）。可以用示波器（或者脈沖示波器）測量Tr。</p><p>　　5.5 PCB

41、板圖：</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　該設計電路通過先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波，最終把簡易信號發(fā)生器設計了出來。</p><p>　　在這幾周的簡易信號發(fā)生器課程設計期間，我遇到了平時從未有過的困難。因為課程設計不是某一方面的知識就可以完成的，而是多個知識點的結合，再與平時所學的理論知識相銜接。

42、又因為自己所學的知識有限，要設計出此電路需要花費大量的時間去查找資料，一個人真的很難完成，但經(jīng)過兩周的艱苦努力，團隊的默契配合，終于還是完成了課程設計的任務。</p><p>　　通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設計，我學到了很多的知識，一方面，我掌握了常用元件的識別和測試方法；熟悉了常用的儀器儀表；以及如何提高電路的性能等等。另一方面，我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知

43、道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。這段時間是我們小組在大學期間不可多得的美好記憶。它給了我們很多的感受和經(jīng)驗，讓我們在飽受酸甜苦辣的同時也體會到集體的力量和成功的喜悅。在我們以后的人生中，這些感受和經(jīng)驗將會充實我們的生活，美化我們的人生。通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關高頻電子線路方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問</p>&l

44、t;p>　　題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足，實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。由于這次課程設計的時間特別緊張，加之臨近期末考試，所以給我們各個方面都帶來了很大的壓力，一方面我們要準備考試；另一方面又要復習之余的時間里查找資料，加上自己知識掌握的不牢固，所以難免有不足之處，還請老師多多諒解。</p><p&g

45、t;<b>　　參考文獻 </b></p><p>　　1、 康華光. 電子技術基礎 5版. 北京：高等教育出版社， 2006</p><p>　　2、胡宴如.模擬電子技術 (第二版).高等教育出版社 ，2006</p><p>　　3、謝自美.電子線路設計.實驗.測試(第二版).華中科技大學出版社， 2000</p><p