电子系统综合设计实验报告new

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1、低频函数信号发生器的设计与测试第一部分理论设计一、设计任务1.设计内容：设计一个低频函数信号发生器2.性能与技术指标(1)同时输出三种波形：方波、三角波、正弦波(2)频率范围：10Hz～10KHz；装-3(3)频率稳定度Δf/f0≤10/日；(4)频率控制方式：订a.通过改变RC时间常数控制频率（手控方式）；b.通过改变控制电压V1实现压控频率（即VCF），常用于自控方式,即:线（V1=1～10V），为确保良好的控制特性，可分三段控制：①10Hz～100Hz②100Hz～1KHz③1KHz～10KHz(5)波形精度：a.方波上升沿和下降沿时间均应小于2us；b.三角波线性度1%V

2、omN2c.正弦波谐波失真度ViV2%（V1为基波有效值，Vi为各次谐波有效值)i21(6)输出方式：a.作电压源输出时，要求：①输出电压幅度连续可调，最大输出电压（峰峰值）不小于20V；v0②当RL=100Ω～1KΩ时，输出电压相对变化率1%(即要求R0<1.1Ω);v0b.作电流源输出时，要求：①输出电流连续可调，最大输出电流（峰峰值）不小于200mA；I0②当RL=0～90Ω时，输出电流相对变化率1%(即要求R0>9KΩ).I0c.作功率输出时，要求最大输出功率P0max>1W（RL=50Ω时）。(7)具有输出过载保护功能当因RL过小而使IO>400mA(P-P)

3、时，输出晶体管自动限流，以免进一步损坏电路元器件。(8)采用数字频率显示方式。二、方案说明1、根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。（1）数字电路的实现方案一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。这种方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点

4、数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如>1MHz）信号。（2）模数结合的实现方案一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。（3）模拟电路的实现方案是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。2、模拟部分设计电路方案说明（1）模拟电路实现方案之一用正弦波发生器产生正弦波信号，然

5、后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。这种电路结构简单，并具有良好的正弦波和方波信号。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。（2）模拟电路实现方案之二由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的

6、形式有关，可以进行调节，因此该电路方式是本实验信号产生部分的选用方案。3、输出级方案说明根据实验任务中对输出电压、输出电流及输出功率的要求，原则上在输出级只需采用不同的负反馈方式便可。即要求电压输出时，采用电压负反馈；要求电流输出时，采用电流负反馈。三、单元电路图、参数设计及仿真结果1、三角波、方波发生器（1）原理图为（2）参数设计R2本次实验中令VΘ1=VΘ2=0,因此此时方波的最大值Vom=±VZ,三角波的最大值Vsom=±VZ,若VΘ1，R3VΘ2都不等于0,则可以通过改变它们的值从而改变方波与三角波的占空比，得到想要的波形。通过改变R与C的值，可以调节方波与正弦波的频率，因此

7、可以将R改为一个定值电阻与电位器的串联，从而在某一个频段内改变频率；而选择不同的C，则可以得到不同的频段。由分析可得三角波、方波的周期为RCRRCR2T22VT12VZ2ZVZV1R3VZV1R3R2当VΘ1=VΘ2=0时，T1=T2=2RC,频率f=1/T,所以在仿真过程中取R=20k,C=1000n,则得到频率R3f=50Hz，再加上一个电位器，就可以作为10Hz~100Hz频段使用，然后选择不同的C就可以得到不同频段的频率。（3）实验仿真