電子設(shè)計(jì)大賽-信號(hào)發(fā)生器報(bào)告.doc

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信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題：設(shè)計(jì)制作一個(gè)信號(hào)發(fā)生器： 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求： 1.產(chǎn)生三種波形：方波，三角波，正弦波 2.頻率范圍：0 ~ 100kHz 3.輸出內(nèi)阻不大于50Ω 4.負(fù)載50Ω時(shí)輸出電壓不小于5V 主要測(cè)量?jī)?nèi)容：輸出信號(hào)頻率范圍，輸出電阻，輸出功率 一、系統(tǒng)組成： 1.1 方波—三角波系統(tǒng)電路，由同向滯回比較器和積分電路兩部分組成 圖1.1方波—三角波系統(tǒng)電路 1.2 三角波—正弦波電路，由濾波電路組成 圖1.2 正弦波系統(tǒng)電路 二、設(shè)計(jì)原理圖階段 2.1.查閱資料及參考書(shū)本確定原理圖如下： 軟件環(huán)境：multisim10.1 2.2.原理圖概況 本文所設(shè)計(jì)的電路是通過(guò)集成運(yùn)算放大器LM324和基本元件組合產(chǎn)生不同波形（方波，三角波，正弦波）：先通過(guò)同向滯回比較電路產(chǎn)生方波，方波又通過(guò)積分電路產(chǎn)生三角波，最后濾波電路又將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。 頻率變換：本電路可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R1的有效阻值改變振蕩周期T，頻率f=1/T. 三、電路具體設(shè)計(jì)方案及仿真 3.1.1方波—三角波轉(zhuǎn)換電路圖3.1所示 圖3.1 方波—三角波發(fā)生電路 3.1.2電路分析： 該電路的方波發(fā)生部分由同向滯回比較器組成，積分運(yùn)算電路既作為電壓比較器的延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)，滯回比較器的輸出電壓u0=Uz，閾值電壓UT=[R1/(R1+R2)]Uz.假設(shè)滯回比較器輸出電壓u01在t0時(shí)刻由-Uz躍變到+Uz，此時(shí)積分電路進(jìn)行反向積分，輸出電壓u0呈線(xiàn)性下降，當(dāng)u0下降到滯回比較器的閾值電壓-UT時(shí)，即t1時(shí)刻，滯回比較器的電壓由u01從+Uz躍變到-Uz，此后積分電路正向積分，u0呈線(xiàn)性上升。當(dāng)u0上升到滯回比較器的閾值電壓+UT時(shí)，即t2時(shí)刻，u01從-Uz躍變到+Uz，即返回設(shè)定初始狀態(tài)，周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。 3.1.3元件參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為5V，即方波的幅值為5.7V，三角波的輸出電壓為 可令電容C1為0.1uF，R1為1kΩ的電位器 設(shè)計(jì)最終要求振蕩頻率需在0 ~ 100kHz 的范圍內(nèi)，則 可令 R6=560Ω R7=24kΩ 滿(mǎn)足條件。 3.1.4 仿真數(shù)據(jù) 方波信號(hào)： 幅值穩(wěn)定在5.7V左右，波形輪廓清晰。 三角波信號(hào)： 3.2.1 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路如圖3.2所示 圖3.2 正弦波發(fā)生電路 3.2.2原理分析 將三角波展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)可知，它含有基波和3次 5次等奇次諧波，因此通過(guò)低通濾波器去除基波，濾除高次諧波，可將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。這種方法適用于固定頻率或頻率變化很小的場(chǎng)合。電路框圖如下左圖所示。輸入電壓和輸出電壓的波形如下右圖所示，U0的頻率等于UI基波的頻率。 將三角波按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi) UI(wt)=8/（π*π）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-…) 其中Um是三角波的幅值。 3.2.3元件參數(shù)設(shè)計(jì) 通過(guò)仿真，為較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)正弦波的輸出電壓幅值，在集成運(yùn)放輸出端與反相輸入端之間串聯(lián)10kΩ的電位器，而R3，R8均為1.2kΩ. 3.2.4仿真數(shù)據(jù) 正弦波信號(hào) 四、焊接與調(diào)試 4.1 元件清單： 元件名稱(chēng) 型號(hào) 參數(shù) 數(shù)量 芯片 LM324 1 電位器 1.5kΩ 1 10kΩ 1 電阻 560Ω 1 51kΩ 1 24kΩ 1 1.2kΩ 2 電容 1uF 1 5uF 1 穩(wěn)壓管 5V 2 附LM324芯片管腳圖： 4.2先在萬(wàn)用板上按照總電路圖布局，然后進(jìn)行焊接，注意到因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用的三塊集成運(yùn)放均在一塊芯片上，所以元器件之間排布可能會(huì)比較密集，一定要事先有大致的規(guī)劃，以免器件之間交叉或錯(cuò)位。焊接完成后，再次仔細(xì)檢查電路，確保沒(méi)有錯(cuò)誤后，接上電源，查看輸出波形并調(diào)節(jié)頻率。 五、課題總結(jié)與心得 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)了模電，深入了解了集成運(yùn)放方面的知識(shí)，甚至把原來(lái)不懂的地方搞懂了，此外還學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)電路，熟練了電路焊接方法以及掌握調(diào)試方法與測(cè)試參數(shù)，同時(shí)還提高了我們的動(dòng)手能力和測(cè)試技術(shù)能力。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免遇到一些困難，比如萬(wàn)用板上的銅片掉了，我們必須借用一根銅線(xiàn)引渡到其他地方焊接；因?yàn)橐粋€(gè)芯片四周要布滿(mǎn)電阻和電容，有好幾個(gè)引腳要接地，我們就用導(dǎo)線(xiàn)跳接到每個(gè)端口；有時(shí)有的元件的參數(shù)稍有偏差，導(dǎo)致許多參數(shù)達(dá)不到要求，我們必須根據(jù)仿真效果重新確定元件合適參數(shù)。一個(gè)偌大的工程卻要保證每一步的工作都要近乎完美，因?yàn)槟阃耆恢雷詈蟮慕Y(jié)果與理論的差距會(huì)在哪里產(chǎn)生，我們必須把誤差降到最低，以保證后續(xù)工作順利進(jìn)行，節(jié)省改錯(cuò)時(shí)間。 經(jīng)過(guò)一個(gè)半星期的努力終于順利完成這次課程設(shè)計(jì)，雖然最終測(cè)試的結(jié)果與仿真結(jié)果有出入，雖然一個(gè)信號(hào)發(fā)生器做了兩次才完成，但經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們團(tuán)隊(duì)收獲了不少，不僅加深了對(duì)課本知識(shí)的理解，還培養(yǎng)了同學(xué)之間的合作能力。成功的關(guān)鍵是在調(diào)試時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察若出現(xiàn)問(wèn)題必須耐心查找原因。比如在測(cè)試第一個(gè)信號(hào)發(fā)生器時(shí)，沒(méi)有波形輸出，雙向穩(wěn)壓管兩端電壓一直保持在+5.7V左右，也就是說(shuō)積分電路輸出端并沒(méi)有將負(fù)電壓反饋到電壓比較器的同相輸入端，于是我們又檢查電容兩端電壓，發(fā)現(xiàn)一直是正值，由此我們推測(cè)電路并沒(méi)有產(chǎn)生自激振蕩，不得不再次修改數(shù)據(jù)參照仿真結(jié)果確定實(shí)際元件參數(shù)值。