模拟电路课程设计—波形发生器.docx-资料库

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滁州学院计算机与信息工程学院课程设计报告课程名称：模拟电子技术课程设计姓专名：甘洋王彩虹谢佳慧刘颖张云杰业： 2016 级通信工程专业指导教师：于红利滁州学院计算机与信息工程学院 2018 年 1 月 1

模拟电子技术课程设计任务书学院计算机与信息工程学院专课程名称模拟电子技术课程设计题业目 16 级通信工程信号波形发生器设计完成期限自 2018 年 1 月 2 日至 2018 年 1 月 8 日一、项目的目的内容及任务 1.根据给定的技术指标，从稳定可靠、使用方便、高性能价格比出发选择方案，运用所学的各种电子器件和电子线路知识，设计出相应的功能电路。 2.通过查阅手册和文献资料，培养小组成员独立分析问题的能力、团队成员合作的能力和世家解决问题的能力； 3.根据设计电路，在 Multisim10 仿真软件中调试、并根据结果分析影响实验结果的各种可能性因素。二、项目任务的主要内容和要求设计并制作一台信号发生器，在 Multisim10 仿真软件中运行，使之产生正弦波、方波和三角波信号。要求如下： (1)信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形； (2)输出波形频率在 0.2Hz～20kHz 范围内连续可调； (3)正弦波幅度为+2V 和-2V。 (4)方波幅值为 2V。 (5)三角波峰-峰值为 2V，占空比可调。 (6)输出信号波形无明显失真。三、项目设计研究思路 1.根据技术指标和已知条件，由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。根据差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是差分放大器作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。 2.选择电路方案并完成确定方案电路设计。按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 2

3.完善并测试波形发生器电路，按规定撰写课程设计报告。四、具体成果形式和要求设计并制作一台信号发生器，使之产生正弦波、方波和三角波信号。起止日期工作内容 2018.01.02-2018.01.03 剖析题目要求，查找相关资料学习电路的工作原理; 2018.01.04-2018.01.06 方案选择与电路设计，设计出原理图; 2018.01.07-2018.01.08 完善功能，写报告。 [1]童诗白.模拟电子技术基础（第五版）[M].北京:高教出版社,2001 [2]李万臣.模拟电子技术基础与课程设计[M].哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社,2001 [3]孙宏国,周云龙.电子系统设计与实践[M].北京: 清华大学出版社, 2012 [4]谭博学,苗汇静.集成电路原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2009 [5]董尚斌.电子线路（第一版）[M].北京:清华大学出版社,2007 进度安排主要参考资料指导教师意见系（教研室）主任意见（签字）：年月日（签字）：年月日 3

模拟电子技术课程设计目录第一部分：正文部分................................................................................................... 1 一、选题背景............................................................................................................... 1 二、方案论证............................................................................................................... 1 三、过程论述............................................................................................................... 3 3.1 设计要求......................................................................................................... 3 3.2 系统组成......................................................................................................... 3 3.3 电路总体设计方案......................................................................................... 4 四、系统实现............................................................................................................... 5 4.1 系统主要功能介绍........................................................................................ 5 4.1.1 方波发生电路模块............................................................................. 5 4.1.2 方波-正弦波转换电路模块................................................................6 4.1.3 三角波-正弦波转换电路模块............................................................8 4.2 元器件参数设置.......................................................................................... 10 五、系统电路仿真与测试......................................................................................... 11 5.1 电路仿真...................................................................................................... 11 5.1.1 方波-三角波电路仿真...................................................................... 11 5.1.2 三角波-正弦波电路仿真..................................................................12 5.2 系统电路的测试.......................................................................................... 13 5.2.1 系统电路的测试分析....................................................................... 13 5.2.2 系统电路的调试............................................................................... 14 六、结论..................................................................................................................... 14 第二部分：参考文献................................................................................................. 16 第三部分：指导教师评语......................................................................................... 17 第四部分：成绩评定................................................................................................. 17 1

模拟电子技术课程设计第一部分：正文部分一、选题背景波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现在各种电子实验设计应用中必不可少的仪器设备之一，函数信号发生器可以用分立元件组成，通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不以调试。也可以由晶体管、运放 IC 等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器 IC 产生。早期的函数信号发生器 IC，如 L8038、BA205、XR2207/2209 等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有 300KHZ，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。还可利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。可以达到更高的技术指标。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。在电子工程、通信工程、自动化控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构造成各种各样信号波形发生器。用集成电路实现的波形发生器与其他信号波形发生器比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。波形发生器作为信号源广泛应用于电子工业、自动控制和科学试验等领域。雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用。如今作为电子系统心脏的信号源的性能很大程度上决定了电子设备和系统的性能的提高。因此随着电子技术的不断发展，现今对信号源的频率稳定度、频谱纯度和频率范围以及信号波形的形状提出越来越高的挑战。从上世纪 20 年代起，世界上对于波形发生器的研究与改进从未间断过，到现今已经研制出了用于不同频域的各种高性能的波形发生器。但是我国对波形发生器的研究起步较晚，国内市场上波形发生器种类匮乏，价格昂贵，且多用于航天军事等领域。在这种情况下，在实际工业应用中往往需要设计人员自行设计出所需的波形发生器，带来不必要的工程开销。所以说设计一种功能齐全、使用方便的波形发生器十分重要。二、方案论证方案一：由 555 多谐振荡器、积分电路、低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波波形发生器的设计方法，信号发生器原理框图如图 2.1 所示。首先由 555 定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波， 1

模拟电子技术课程设计最后用低通滤波器将方波转化为正弦波。图 2.1 方案一信号发生器原理框图方案二：由 RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波 —方波—三角波波形发生器的设计方法，信号发生器原理框图如图 2.2 所示。先通过 RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。图 2.2 方案二信号发生器原理框图方案三：由比较器、积分器、差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波波形发生器的设计方法，信号发生器原理框图如图 2.3 所示。首先由比较器输出的方波经由积分器后输出三角波；三角波经由差分放大器变换正弦波输出。图 2.3 方案三信号发生器原理框图方案一：电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，但输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的 2

模拟电子技术课程设计变动将拉动波形的崎变。方案二：电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数不变，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。三角波的缺陷，难处理，且波形质量不理想。方案三：差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。尤其作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。综上所述，本项目选择方案三作为本次设计方案。三、过程论述 3.1 设计要求根据课题要求，设计制作一个可以发射三角波，正弦波，矩阵方波的波形信号发射器。波形信号发射器可实现三种波形的发射，转换，具体要求如下： (1)信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形； (2)输出波形频率在 0.2Hz～20kHz 范围内连续可调； (3)正弦波幅度为+2V 和-2V。 (4)方波幅值为 2V。 (5)三角波峰-峰值为 2V，占空比可调。 (6)输出信号波形无明显失。 3.2 系统组成首先，电压比较器进行比较输出，比较模拟量电压信号和参考电压，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应产生高电平或低电平，由此组成非正弦波变换电路，当两个背靠背的稳压二极管初步限幅时，集成运放构成的比较器和电容的充放电即可实现集成运放的周期性翻转，组成方波发生电路1；接着，积分电路输入方波信号产生三角波2；最后通过 RC 桥式振荡电路中的选频网络和放大电路、反馈网络产生正弦波3。波形发生器设计系统的原理框图如图 3.1 所示： 3

模拟电子技术课程设计图 3.1 波形发生器设计系统原理框图 3.3 电路总体设计方案本系统主要由电压比较器、差分积分器、差分放大器构成。方波由电压比较器产生，然后方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。波形发生器系统原理图如图 3.2 所示：图 3.2 波形发生器系统完整电路图 4

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