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数电模电实习报告

数电模电实习报告


电子技术课程设计报告
学 院: 专业班级: 学生姓名 学 号: 指导教师: 完成时间: 成 绩:

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多波形发生器设计部分
一、设计课题题目
多波形发生器设计与实现 设计说明: 设计说明:函数发生器(多波形发生器)一般是指能自动产生正弦波、三 角波、方波(矩形波)等波形的电路或仪器装置。函数信号发生器的电路组成可 以采用分立元件构成;也可以采用运算放大器及分立元件组成。另有使用目前市 面上出售的单片集成电路函数发生器, 配以少量的运放或是分立元件就可以很方 便的构成函数发生器。 产生正弦波、三角波、方波的方案有多种,最基本,最直接的是首先产 生正弦波(使用文氏桥振荡器) ,然后经迟滞比较器变换产生方波,再使用积分 电路产生三角波。另外,也可以首先产生方波、三角波,然后通过拟合的方法将 三角波变为正弦波。本次课程设计,我采用“正弦波——方波——三角波”这一 组方案。 设计意义: 设计意义:函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内用最为广 泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、不见以及整机设 备时,都需要有信号源,由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被 测期间或设备上,用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应,以分析确定它们 的性能参数。信号发生器是电子测量领域中应用最广泛的一类电子仪器。它可以 产生多种波形信号,如正弦波、三角波、方波等,因而广泛用于通信、雷达、导 航、宇航等领域。

二、设计目的
1、掌握正弦波—方波—三角波函数发生器的原理及设计方法 2、掌握迟滞型比较器的特性参数的计算 3、能够使用电路仿真软件经行电路调试

三、设计内容与要求
(一)设计要求 1、该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波 2、以集成运放和晶体管为核心进行设计 输出波形:正弦波,矩形波(方波) 、三角波 输出频率范围:40Hz~1.6KHz 连续可调,手动调节 输出波形(幅度基本稳定) :正弦波>=10V 矩形波>=6V (二)设计内容 1、设计方案:正弦波——方波——三角波 2、设计原理 多波形发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波(矩形波)等波形 的电路或仪器装置。多波形发生器的电路组成可以采用分立元件构成;也可以采 用运算放大器及分立元件组成。 另有使用目前市面上出售的单片集成电路函数发 生器,配以少量的运放或者分立元件就可以很方便的构成多波形发生器。

原理框图

文氏桥振荡器

——

迟滞比较器

——

积分电路

——

3、函数发生器各功能模块的设计与调试 1)RC 1)RC 文氏桥正弦波振荡电路 A、振荡电路原理图

如上图所示,其中集成运放 A 作为放大电路,RC 串并联网络是选频网络。而 且,当 f=f0 时,它是一个接成正反馈的反馈网络。另外,RF 和 R’支路引入一个 负反馈。由图可见,RC 串并联网络中的串联支路和并联支路,以及负反馈支路 中的 RF 和 R’,正好组成一个电桥的四个臂,因此这种电路又称为文氏电桥振荡 电路。 1 振荡频率: f osc = f 0 = 2π RC 起振条件: 1 (1)幅度起振条件:∵ k f (ωosc ) = ,而 T = Av ? k f > 1 ,∴ Av > 3 (开始时) 3 (2)相位起振条件:∵?kf (ωosc ) = 0 ,而 ?T = ? kf + ? A ,∴? A = 0 即 A 应是同相放 大器 B、要求: a、设计一个振荡频率 f。=1000Hzd RC 正弦波振荡电路。放大器部分采用 的是运放 uA741。 b、组装并调试,是振荡器输出正弦波。

c、在输出波形稳定且不失真的前提下,测量输出电压的幅值和频率。根 据实测值检验电路是否符合设计要求,并进行调试。 C、确定电路的结构并根据要求计算并确定电路中个元件参数,然后进行电 路的组装并调试。 a、参考电路(如下图)

b、确定或计算元件参数 ⅰ.根据文氏桥的特点和相位平衡条件以及幅度平衡条件,可以确定电路的振荡 频率 f。 和起振条件。 一般令 R1=R2=R, C1=C2=C 则振荡频率为 f。 =1/[2∏ (Rp3+R) C]。由于文氏桥的传输特性在 f=f。时,它的输出为输入的 1/3。因此按照起振 条件要求放大器放大倍数应大于等于 3,于是根据电路 Rp+(Rf//rd)>=2R3,其 中 rd 是 D1,D2 正向导通时的动态电阻应该很小, 因此只要适当调节 Rp 起振条件 很好实现。 ⅱ.根据设计要求的 f。计算 R 和 C 的值 由 f。=1/[2∏(Rp3+R)C],其中 f。既是设计要求的 f。=1000Hz。 可以自定一个 R 的值, 来计算 R 和 C 的值。 我们可设定 R=1.5K 欧姆, 则: C=1/[2 ∏(Rp3+R)f。]=0.0106uF 按 C 的标值系列可以取 C=0.01uF,然后重新计算得到 R=15.9K 欧姆,按 R=16K 欧姆。注意:为了使振荡稳定性好,应取阻值和容值稳定性好的阻容器件。 ⅲ.确定 R3 和 RF 的值 从以上分析已知 RF>=2R3 时,即可起振,其中的 RF 即 Rp+(Rf//rd) 。实际 中,根据经验可取 Rf=2.1R3,这样既保证电路可以稳定起振,又不至于引起波 形的失真。 另外,考虑使用运放时的平衡电阻的要求(实际上同相输入端有一电阻 R 接地) , 须有 R=R3//RF 的平衡条件,由 RF=2.1R3,R=R3//RF,可求出 R3=23.6K 欧姆。

取 R3=24K 欧姆,则 RF=2.1R3=50.4K 欧姆,取 RF 为标称值 51K 欧姆。 R3 和 RF 的最佳取值还须通过调试最后确定,有时实际采用值和计算值相差还比 较大,这一点要注意。 ⅳ.稳幅电路的作用和参数抉择 由于元器件的误差和温度等因素,振荡电路起振幅度往往不稳定,因此一般 要求放大器的负反馈支路中加入自动稳幅电路。 这个电路的作用是根据振荡幅度 变化自动调节负反馈量,达到输出幅度温度的效果。图中 D1 和 D2 两只二极管在 振荡中,总有一个是导通的(正负半周中) 导通电阻 rd 和 Rf 相并联,当振幅 , 过大时 rd 减小,负反馈增强,限制了输出的继续增大。反之,当输出幅度减小 时 rd 增大,使负反馈减弱,从而防止输出幅度减小。因此,D1D2 可以起到稳幅 的作用。D1D2 可以选用温度性比较好的硅二极管。为了正负半周对称,D1D2 要 注意参数的匹配。 ⅴ.电阻 Rf 和 Rp 的阻值的确定 实验证实,当稳幅二极管的正向导通电阻 rd 与并联电阻 Rf 的电阻值差不多 时,稳幅性能和改善波形失真的效果好。一般 Rf 取几百欧姆到十几千欧姆。Rf 确定后,Rp 的阻值便可以初步确定。 一般 Rp=Rf-(1/2)Rf.但是仍然需要通过实验调整 Rf 和 Rp 的值。 c. “运放”的选择 要求:输入电阻高,输出电阻低。但是主要是要选择增益带宽乘积满足: AodFbw>3f。.当 f。较低时,上式也容易满足。 d.安装于调试 ⅰ.注意焊接前的布线要合理;注意运放的各引脚功能以及运放的使用要求。 ⅱ.调整时,要反复调整 Rp 使之起振,且失真最小。如果失真严重,则要适当减 小 Rp 和 Rf 的值。 方波发生器的设计、调试(电路图如下) 2)方波发生器的设计、调试(电路图如下) 迟滞比较器原理图:

迟滞比较器传输特性:

单限比较器具有电路简单、灵敏度高等优点,但存在的主要问题是抗干扰 能力差。如果输入电压受到干扰或噪声的影响,在门限电平上下波动,则输出电 压将在高、低两个电平之间反复地跳变。如在控制系统中发生这种情况,将对执 行机构产生不利的影响。 为了解决以上问题,可以采用具有滞回传输特性的比较器。称为迟滞电压 比较器,其电路如“迟滞比较器原理图”所示。若输入是正弦波,则输出波形为 矩形波(如下图所示) 。

在上图迟滞电压比较器中,当输出电压为 Uo 时,加在同相端的电压为:

若原来 Uo=+Uz,当 U1 逐渐增大时,使 Uo 从+Uz 跳变为-Uz 所需的门限用 UT+ 表示,则:

若原来 Uo=-Uz,当 U1 逐渐减小时,使 Uo 从-Uz 跳变为+Uz 所需的门限用 UT表示,则:

ΔUT 称为“门限宽度”或“回差”。

方波发生器设计电路 3).三角波发生器的设计、调试(电路图如下) 3).三角波发生器的设计、调试(电路图如下) 三角波发生器的设计 积分器原理图:

三角波发生器设计电路:

A. 选择电路形式 选择由运放组成的积分器和迟滞比较器组成的方波——三角波发生器电路。 U01 输出矩形波(方波) ,U02 输出三角波. 方波幅值由限幅器件稳压管 Dz 决定,方波幅度限制在-Vs 和+Vs 之间; 三角波的幅值为:Vom=-Rp1Vs/R2 方波和三角波的振荡频率相同,其值为:f。=R2/(4Rp2Rp1C) B. 确定电路元器件参数 a. 稳压管的选择 稳压管的作用是限制和确定方波的幅度.因此方波正负半周的对称性与稳压管性 能有关。因此选用稳压管时,要选择性能好一些的两个管性能对称的稳压管,最 好选用双向稳压管.R3 是稳压管的限流电阻,阻值根据稳压管的电路确定. b. 电阻 Rp1 和 Rp2 的确定 Rp1 和 Rp2 给比较器提供门限电平,他们可以决定三角波的幅值.因此 Rp1 和 R2

的值应根据三角波的幅值决定.例如当 Vs=6V 时,三角波的幅值 Vom=4V 则, Rp1=VomR2/Vs=2R2/3. 若取 Rp1=10K 欧姆,则 R2=15K 欧姆.一般为了使三角波的幅值可调,常用电位器 作为 Rp1. c. 积分元器件电阻 Rp2 和电容 C 值的确定 Rp2 和电容 C 的值决定三角波的频率 f。.一般是 Rp1 和 R2 的值确定后,可以先 确定电容 C 的值,然后由 f。=R2/(4Rp2Rp1C)来确定 R4 的值.Rp2 若采用电位 器,则三角波频率可调. 为了减小积分漂移,电容 C 的值尽量取大些,但是 C 值越大漏电也越大,因此一 般 C 不超过 1uF. C. 集成运放的选择 用于比较器的运放要求速度应该高些. D. 安装、调试(方法同上) 调试的目的就是要使电路的输出幅度和频率要求, 达到设计要求。 可分两步进行. 若频率不合,可以改变相应参数(Rp1 或 R2).若幅值未达到要求,可以改变 Rp1 和 R2 的值. 反复进行调试,就可以达到设计课题所要求的性能.

四、安装、调试结果 安装、
总 电 路 图 :

调动滑动变阻器,

由文氏桥振荡器得到如下正弦波波形:

由迟滞比较器得到如下矩形波(方波)波形:

由积分电路得到如下三角波波形:

整流部分
一. 设计要求
设计出半波整流、全波整流、桥式整流电路原理图,并进行仿真测试。

二. 设计的作用、目的
掌握和理解整流的意义,学会自己动手设计出整流电路。

三. 设计的具体实现
1. 半波整流: 1) 电路图:

2)仿真波形:

2. 桥式整流 1) 电路图;











;

桥式整流和桥式加电容整流波形;

“课设” 四、 课设”中遇到的问题及解决方法和实验心得
1、 此次实验所用板为 2 孔板,排线时注意疏密得体,各线方向最好一致,各个 焊点之间独立,以免造成线路短路。 2、焊接电路时,注意焊接完成后,将烙铁头放回原位并关掉电源,避免造成旁 人不经意受伤。 3、电路焊接完成后,在示波器上没能显示出波形。在老师指导下,发现电路焊 接有错误,然后对电路进行修改,最终在示波器上显示出设计要求的波形。 4、调试时,积分电路中的三角波底部出现失真。在积分电路上并联一个 100K 微调电阻和一个 0.1uF 电容,通过调节电阻。最后得以实现三角波。 5、设计过程中,要注意与组员协调合作,分工有序,否则会造成不必要的错误, 导致整个设计的失败。 6、焊接芯片时,注意各引脚的排序,避免焊接时电路连接错误,造成波形不能 显示。

五、参考文献以及参考元器件
[1]清华大学电子学教研组编.杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程 (第三版) . 北京:高等教育出版社,2006.5 [2]模拟电子技术试验.信息工程系电工电子实验中心.2010.3 参考元器件 名称 数量 通用型双运放 uA747 1

通用型双运放 uA741 差分对三极管 S3DG6(对管)或相似型号 三极管 3DK2 二极管 1N4009 稳压管 6V 同轴双联 47K 47K 电位器 100K 1K 100Ω 10K 470μF(15V) 10μF(15V) 电容 1μF(15V) 0.1μF 0.68μF 0.01μF 51Ω 100Ω 150Ω 1K 3K 电阻(1/8W) 2K 10K 20K 6.8K 5.1K 100K 1.5K

3 1 2 3 2 1 1 2 1 1 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 3 5 10 5 5 5 5 2


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