模电课程设计报告-多种波形发生器.pdf

置域工建院课程设计报告 多种波形发生器专 业_电子信息工程_学生姓名_班 级_B电子062_学 号_指导教师_ 摘要：正弦波和非正弦波发生电路常作为信号源被 广泛地应用于无线电通信以及自动测量和自动控制等系统 中。通常把既能产生正弦波又能产生三角波、方波、锯齿波 等非正弦输出信号的电路叫作函数信号发生器。在电子技术 应用领域，要求信号源的温度、频率的稳定性都比较高。介 绍的5G8038是一种性能稳定、精度较高的集成芯片。介绍 了用5G80 38设计多功能函数信号发生器的方法。关键字：5G80 38；直流稳压电源；频率选择控制一、目录:一.课程目的二.设计任务与要求三.总体方案设计四.电路设计原理与参考电路4.1 总体电路框图4.2 设计思路五.单元电路的设计说明5.1方波发生电路的工作原理5.2 方波-一三角波转换电路的工作原理5.3 三角波-一正弦波转换电路的工作原理六.总体电路6.1 总电路图6.2 元器件的选择和电路参数计算的说明七.具体过程7.1 函数发生器5G80 38的指标和应用7.2 直流稳压电源7.3频率控制八.设计小结九.参考文献一、课程目的1.培养学生查阅资料的能力2.培养学生综合运用所学知识的能力3.培养学生综合设计和实践能力4.培养学生团队精神5.培养学生市场素质6.培养学生撰写课程设计总结报告的能力二.设计任务和要求波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计 并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波 形发生器。要求：1.输出的各种波形工作频率范围0.0 2Hz20 kHz连续可调；2.正弦波幅值10 v,失真度小于1.5%3.方波幅值10 v4.三角波波峰-峰值20 v;各种输出波形幅值均连续可调；5.设计电路所需的直流电源。6.完成整体电路设计及论证7.完成课程设计说明书三.总体方案设计波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所 要求的波形信号输出。波形产生的关键部分是振荡器，而设计 振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以 及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。1.用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电 路得出方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波 变换成三角波或锯齿波输出；2.利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变 换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；3.用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦 波输出，方波经积分电路可得三角波输出；4.利用单片函数发生器5G80 83.集成振荡器E1648及集成 定时器555/556等可灵活地组成各种波形产生电路。四.原理框图3.1总 体 电 路 框 图波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键 是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。一般思路如下：(1)用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得 方波输出，用积分电路将方波变成三角波输出；(2)利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换 成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；(3)用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输 出，方波经积分电路可得三角波输出；(4)利用单片函数发生器5G8038、集成振荡器E1648及集成定 时器555等可灵活地组成各种波形产生电路。五.单元电路的设计说明5.1方波发生电路的工作原理(1)方波发生电路实验电路如图所示，双向稳压管稳压值一般为56V。方波发生电路(1)按电路图接线，观察Vc、V。波形及频率，与预习比较。(2)分别测出区=10k,110k时的频率,输出幅值,与预习比较。(3)要想获得更低的频率应如何选择电路参数?试利用实验箱上给出的元器件进行条 件实验并观测之。方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反 馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相 输入端电位Up=+UT。U。通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端 电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再 稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C 反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz,Up从-Ut跃变为+Ut,电容又开 始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。(2)方波一三角波转换电路的工作原理方波一三角波产生电路工作原理如下：若a点断开，运算发大器A1与RI、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。运放的反相端接基准电压，即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R1 称为平衡电阻。比较器的输出Uol的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vee(l+Vccl=l-Veel),当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uol从高电平跳到低电 平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc0设Uol=+Vcc,则u+=幺(+%)+U=0R2+R3+RR r2+r3+rp将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为U.=R1(+VCC)=F%,a&+财&+跖若Uol=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为u.+-F(_丫)=%口 R3+RP1 R3+RP1比较器的门限宽度U”=U,+-U._=2&IH，a，a R3+R4由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图3-71所示。a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uol,则积分器的输出Uo2为U02=-uodt+RP2)C2 j001=+%时，UO2一（+%）Tec（R4+RP2）C2（r4+rp2）c23%时，U02（叫+股）。2 （R4+RP2）C2l可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下 图所示。a点闭合，既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f为f _ R3+RP1J-4%(&+桃)。2由以上两式可以得到以下结论：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。若要求输出 频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。(3)三角波发生电路三角波发生电路电路组成：如图所示。其虚线左边为同相输入滞回比较器，右边为积 分运算电路。三角该发生电路波形振汤频率：改变振荡频率：调节电路中R、R2 的阻值和C的容量。改变幅值：调节和R2的阻值。5.3三角波-一正弦波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。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，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曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为：I-ai-_5_，C2 alE2 i+eUid/UTI-aI-叫一一 U1E-i+e-Uid/UT式中 a=Ic/1EIq 差分放大器的恒定电流；UT温度的电压当量，当室温为250c时，UT26mVo如果Uid为三角波，设表达式为Uid0 r|(T-tT(2式中 Um三角波的幅度；T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：（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。（3）图为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rpl调节三角波的幅度，Rp2调整电 路的对称性，其并联电阻RE2用来减小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，以滤除谐波分量，改善输出波形。三角波一正弦波变换电路六.总体电路6.1总电路图6.2元器件的选择和电路参数计算的说明电路的参数选择及计算1.方波-三角波中电容C1变化（关键性变化之一）实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.luf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在 实际电路中实现。2.三角波-正弦波部分角波-正弦波部分波-正弦波部分-正弦波部分正弦波部分弦波部分波部分部分分比较器Al与积分器A2的元件计算如下。由式(3-61)得。02”,=即一&=o2=A=1R3+RP1%12 3 取 E=10KQ,则&+夫=3(。，取R3=20KC,RP1为47K。的点位器。区平衡电阻舄=J (&+RP1M10K。由式(3-62)f=&+跖 4a(尺4+附。2即氏4+附&+咐47?2+C2当 1Hz/(UI)max-UR2)/ID 1)max当UI最小，且负载电流最大时，流过D 1的电流最小。为了 保证此时D 1能够工作在击穿区起到稳压的作用，要有一定 的电流流过D 1,一般取5mA10 mA。则R1需要满足：Rl(UI)min-UR2)/(ID 1+(IR2)max)限流电阻R1的值应该在上面两个公式的范围内选择。(4)检查电路稳定度电路稳定度需要根据实际电路的要求来确定，如果稳定度不 够，可以适当增加R1和UI,还可以选择动态电阻r比较小的稳 压管。3.频率控制Kd F(s)Ko图12-12 AFC原理方框图L鉴频器（比较器）fo（VCO输出）fs（标准频率）fo=fs：比较器无输出foW fs:有正比于fo-fs的输出，经LPF输出vc去控制VCO,当|fo-fs|减少到时，自动微调过程停止,输出频率稳定在 fsAf2.LPF按系统要求，从鉴频器输出的误差信号中滤出控制信号vc3.受控元件 可变电抗元件。4.受控振荡器 VCO5.闭环系统满足负反馈（图12-13 p323）鉴频特性与振荡器控制特性的斜率相反（负反馈）右图：振荡器控制特性曲线A:理想，无频差;B:实际，有固有频差；C:Afp捕捉带宽;D:同步带宽（临界情况）。调频反馈解调（图12-16）解调输出图12-16调频反馈解调器框图八.设计小结终于完成了这次课程设计，说实话我开始对这次我们的这 个设计并不是很懂，有些茫然有些不知所措。问了我们组其他人也 是同样感觉，有种无从下手的感觉，课题要求使用5G80 38单片函数 波形发生器，可以产生精度较高的正弦波、方波、矩形波等多种信 号，而且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。这样当输出缓冲电 路独立设置多路时，可同时多路输出三种信号，比较容易满足 实际需要。对于这些我开始觉得比较复杂，也觉得有些繁琐，于是我开 始在网上搜索这类的资料，但效果不是很理想，资料很多并不完全,只能找到的是方波，三角波之类的原理及其转换方面的知识，而 这些都需要我们自己来整理并应用于设计中，然而即使搜索了很多 的资料很多问题依然无法解决。于是我们组的成员就经常在一起讨 论，并到图书馆查阅了一些资料。解决了一些问题，最后我们的报 告也终于完成了，虽然我觉得设计报告中依然有蛮多的问题，蛮多 的缺陷，但这些只能靠以后知识的增长甚至是实践中来完善。在这 次设计中我意识到了遇到困难不要知难而退，要充分发挥资源的优 势并积极与他人讨论。集体的智慧总是很强大的，我觉得任何困难 只要努力总是会成功的！九.参考文献1.华中工学院电子学教研室编，康光华主编.电子技术 1991电子电路手册（模拟电路分册）.北京：高等教育.，2.实用电子电路手册（模拟电路分册）编写组编.实用基础.修订3版，北京：高等教育.，1988