自动化08模拟电子课程设计

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1、模拟电子课程设计函数信号发生器的设计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。一、设计任务书1．设计课题函数信号发生器设计。2.主要技术指标1）输出波形：正

2、弦波、方波、三角波等2）频率范围：1～１０Hz，１０～１００Ｈz3)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A

3、1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

4、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

5、.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BG

6、319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=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1为47kΩ的电位器。取平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。因为当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2为100kΩ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=10kΩ。三角波→正弦波变换

7、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4．安装与调试图4.2.20所示方波-三角-正弦波函数发生器电路

8、是由三级单元电路组成的，在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。（1）方波-三角波发生器的装调由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10KΩ，RP2取（2.5~70）Ω内的任一阻值,否则电路可能会不起振.只要电路接线正确,上