模电课程设计报告

模电课程设计报告

专业：信息工程系07自动化

班级：   0791班         

姓名：   彭立                     

学号：   2007926029 

时间：  2009年9月8日

模电课程设计报告

函数信号发生器的设计

摘要：函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电压或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如视频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块5G8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题要求设计由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波-三角波-正弦波函数发生器。

设计思路：

一、主要技术指标

1）输出波形：正弦波、方波、三角波等

2）频率范围：1～１０Hz，１０～１００Ｈz

3) 输出电压：方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U>1V；

4) 波形特征：方波tr<10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%。

二、设计过程举例

1.课题分析

根据任务，函数信号发生器一般基本组成框图如图4.2.15所示。

图4.2.15  函数信号发生器框图

2．方案论证

（1）确立电路形式及元器件型号

1）方波-三角波电路

图4.2.16所示为产生方波-三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。

图4.2.16 方波-三角波产生电路

由图4.2.16分析可知比较器有两个门限电压

运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为

当Uo1=+VCC时

当Uo1=-VEE时

可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图4.2.17所示。

图4.2.17   方波-三角波波形

A点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为

方波-三角波的频率为

由上分析可知：

①电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。

②方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。

2）三角波→正弦波的变换

三角波→正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，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的非线性。其非线性及变换原理如图4.2.18所示。

图4.2.18   三角波→正弦波的变换原理

1传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；

2三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

图4.2.19为三角波→正弦波的变换的电路。其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。

             图4.2.19 三角波→正弦波变换电路

整个设计电路采用如图所示。其中运算放大器A1、A2用一只双运放μA747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319或双三极管S3DG6等。取电源电压为±12V。

2）计算元件参数

比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：

由于

因此

取R3=10kΩ,则R3+RP1=30 kΩ，取R3=20kΩ, RP1为47 kΩ的电位器。取平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10 kΩ。

因为

当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1 kΩ，RP2为100 kΩ电位器。当 19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。取平衡电阻R5=10 kΩ。

三角波→正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470μF，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1μF。RE2=100Ω与RP4=100Ω，相并联，以减少差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。

3．方波-三角-正弦波函数发生器电路图

根据以上设计，可画出方波-三角-正弦波函数发生器电路图如图4.2.20所示。

                     图4.2.20方波-三角-正弦波函数发生器电路图

三、调试

看着自己焊了好久的作品要进行调试，接好电路，先调试第一部分：方波-三角波的调试。接好示波器观察方波的波形还蛮不错的 ，可是到了三角波就没那么标准了，信号干扰也大，图形不稳定，不像三角波，调节RP1与RP2的阻值，从而使得三角波形出来。接下来调试第二部分：三角波-正弦波的变换。接好电路调节RP4的阻值，最终得到比较好的正弦波形。

四、总结

1·通过本次实验掌握了函数信号发生器的设计，了解了信号发生器的制作，原理，功能等知识及特点。还掌握了焊电路的一些技术及方法。

2·进一步熟悉了示波器，电源，万用表等工具的使用方法，以及如何检查电路。

3·在实验时应该保持冷静，测试要有条理。遇到问题要联系书本知识积极思考和同学进行讨论一起解决问题，同时一定要做好实验前的预习和实验中的检测及数据记录。

附：作品实物图

                          作品实物图