1、電子技術課程設計論文電子技術課程設計論文 三角波方波發生三角波方波發生 目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 （3 3 ） 第二章第二章 系統總體方案設系統總體方案設 計計（5 5） 2.12.1 設計要設計要 求求（5 5） 2.22.2 方案論證與選方案論證與選 擇擇（5 5） 第三章第三章 硬件設計硬件設計 （6 6） 3.13.1 電路的工作原電路的工作原 理理（6 6） 3.23.2 電路的安裝測電路的安裝測 試試（9 9） 3.33.3 電路參數的計電路參數的計 算算（1111） 3.43.4 元件清元件清 單單（1212） 3.53.5 仿真與調仿真與調 試試（1212） 第四章第四

2、章 軟件設計軟件設計 （1616） 4.14.1 尋找故障的方尋找故障的方 法法（1616） 4.24.2 注意事注意事 項項（1616） 第五章第五章 總結與展總結與展 望望（1717） 附錄：附錄： 原理原理 圖圖 （1919） 參考文參考文 獻獻 （1919） 第一章第一章緒論緒論 信號發生器是指能產生某些特定的周期性時間函數波形 信號（如正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等信號） ，頻 率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系 統測試用外，還廣泛用于其他非電測量領域的發生器。脈沖信號 發生器是指能產生寬度、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖的發生 器，可用以測試線性系統的瞬

3、態響應，或用作模擬信號來測試雷 達、多路通信和其他脈沖數字系統的性能。在生產實踐和科技 領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數方程 式來表示。能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波 （含方波）、正弦波的電路被稱為函數信號發生器。函數信號 發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在 通信、廣播、電視系統中，都需要射頻（高頻）發射，這里的 射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載 出去，就需要能夠產生高頻的振蕩器。在工業、農業、生物醫 學等領域內，如高頻感應加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁 共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。 函數信號發

4、生器的實現方法通常有以下幾種： （1）用分立元件組成的函數發生器：通常是單函數發生 器且頻率不高，其工作不很穩定，不易調試。 （2）可以由晶體管、運放 ic 等通用器件制作，更多的 則是用專門的函數信號發生器 ic 產生。早期的函數信號發生 器 ic，如 l8038、ba205、xr2207/2209 等，它們的功能較少， 精度不高，頻率上限只有 300khz，無法產生更高頻率的信號， 調節方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調節，二者互相 影響。 （3）利用單片集成芯片的函數發生器：能產生多種波形， 達到較高的頻率，且易于調試。鑒于此，美國美信公司開發了 新一代函數信號發生器 icmax03

5、8，它克服了（ 2）中芯片的 缺點，可以達到更高的技術指標，是上述芯片望塵莫及的。 max038 頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數信號發 生器 ic。在鎖相環、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調制器 等電路的設計上， max038 都是優選的器件。 （4）利用專用直接數字合成芯片的函數發生器： 能產生任意波形并達到很高的頻率。但成本較高。 產生所需參數的電測試信號儀器。按其信號波形分為四 大類：正弦信號發生器。主要用于測量電路和系統的頻率特 性、非線性失真、增益及靈敏度等。按其不同性能和用途還可 細分為低頻（ 20 赫至 10 兆赫）信號發生器、高頻（ 100 千 赫至 300 兆赫）信號

6、發生器、微波信號發生器、掃頻和程控 信號發生器、頻率合成式信號發生器等。 函數（波形）信 號發生器。能產生某些特定的周期性時間函數波形（正弦波、 方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾個 微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統測試用外， 還廣泛用于其他非電測量領域。 脈沖信號發生器。能產生 寬度、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖的發生器，可用以測試 線性系統的瞬態響應，或用作模擬信號來測試雷達、多路通信 和其他脈沖數字系統的性能。 隨機信號發生器。通常又分 為噪聲信號發生器和偽隨機信號發生器兩類。噪聲信號發生器 主要用途為：在待測系統中引入一個隨機信號，以模擬實際工 作條件中的

7、噪聲而測定系統性能；外加一個已知噪聲信號與系 統內部噪聲比較以測定噪聲系數；用隨機信號代替正弦或脈沖 信號，以測定系統動態特性等。當用噪聲信號進行相關函數測 量時，若平均測量時間不夠長，會出現統計性誤差，可用偽隨 機信號來解決。 第二章第二章 方波三角波發生器電路設計方波三角波發生器電路設計 2.12.1 設計要求設計要求 （1）根據技術指標要求及實驗室條件自選方案設計出原理 電路圖，分析工作原理，計算元件參數。 （2）列出所用元，器件清單報實驗室設備。 （3）安裝調試所設計的電路，使之達到設計要求。 （4）記錄實驗結果。 2.22.2 方案論證與選擇方案論證與選擇 方案一采用傳統的直接頻率合

8、成器。這種方法能實現快速 頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但 由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環節，導致直接頻率合 成器的結構復雜、體積龐大、成本高，而且容易產生過多的雜散 分量，難以達到較高的頻譜純度。 方案二：采用電壓比較器和積分器同時產生方波和三角波。 其中電壓比較器產生方波，對其輸出波形進行一次積分產生三角 波。該電路的特點是： 1、線性良好，穩定性好； 2、頻率易調，在幾個數量級的頻帶范圍內，可以方便的連 續的改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變； 3、三角波和方波在半周期內是時間的線性函數，易于變換 其他波形。 因此本實驗采用電壓比較器和積分器同時產生方

9、波和三角波 的方案 第三章第三章 硬件設計硬件設計 3.13.1 電路的工作原理電路的工作原理 本次波形發生器設計要求產生方波和三角波，矩形波發生電 路是其它非正弦發生電路的基礎，當方波電壓加在積分運算電路 的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀 態，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成 部分；因為產生振蕩，就要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換， 所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態應按一定的時間間隔交 替變化，即產生周期性變化，所以電路中要有延遲環節來確定每 種狀態維持的時間。矩形發生器電路，它由反相輸入的滯回比較 器和 rc 電路組成。rc 回路既作為延遲環

10、節，又作為反饋網絡， 通過 rc 充，放電實現輸出狀態的自動轉換。 設某一時刻輸出電壓 uo=+uz，則同相輸入端電位 up=+ ut。uo 通過 r3 對電容 c 正向充電，如圖中實線所示。反相輸入端電位 un 隨時間 t 增長而逐漸升高，當 t 趨近于無窮是，un 趨于+ uz；但是，一旦 un=+ ut，再稍增大，uo 就從+ uz 躍變為- uz，與此同時 up 從+ ut 躍變為- ut。隨后，uo 又通過 r3 對電 容 c 反向充電，或者說放電。反相輸入端電位完整電路圖 un 隨 時間 t 增長而逐漸降低，當 t 趨近于無窮時，un 趨于- uz；但 是，一旦 un=- ut，再

11、稍減小，uo 就從- uz 躍變為+uz，與此同 時 up 從- ut 躍變為+ut，電容又開始正向充電。上述過程周而 復始，電路產生了自激振蕩。 在方波發生電路中，當滯回比較器的閾值電壓數值比較小時，可 將電容兩端的電壓看成為近似三角波。但是，一方面這個三角波 的線性度較差，另一方面帶負載后將使電路的性能產生變化。實 際上，只要將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算的 輸出就得到三角波電壓。 遲滯比較器的工作原理 遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的 單限比較器，如果輸入信號 uin 在門限值附近有微小的干擾，則 輸出電壓就會產生相應的抖動（起伏）。在電路中引入正反饋可

12、 以克服這一缺點。 圖 1a 給出了一個遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特” 電路即是有遲滯的比較器。圖 1b 為遲滯比較器的傳輸特性。 遲滯比較器 圖 1a 傳輸特性 圖 1b 不難看出，當輸出狀態一旦轉換后，只要在跳變電壓值附近的干 擾不超過 u 之值，輸出電壓的值就將是穩定的。但隨之而來的 是分辨率降低。因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于 u 的兩個輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器 的響應速度，這是它的一個優點。除此之外，由于遲滯比較器加 的正反饋很強，遠比電路中的寄生耦合強得多，故遲滯比較器還 可免除由于電路寄生耦合而產生的自激振蕩。 如果需要將一個跳變點固定在某一個

13、參考電壓值上，可在正反饋 電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向 導電性，便可實現上述要求。圖 2 為其原理圖。 集成 2.3.2 元件 ua741 的內部結構圖 方波 三角波信號發生器原理圖 3.23.2 路的安裝與測試路的安裝與測試 接好全部連線后，應對照電路圖仔細復查一遍。檢查晶體 管或集成塊的引腳是否插對，是否有漏線和錯線，然后用萬用表 的“10”檔檢查電源與地線之間的電阻值，排除電源與地線 之間的開路或短路現象。 1 集成電路的安裝 為防止集成電路芯片受損，在插入和拔出芯片時要非常細 心。插入時應使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引腳均對準 插座板上的小孔，均勻用力

14、按下；拔出時，必須用專用拔鉗，夾 住集成塊兩端，垂直向上拔起，或用小起子對撬，以免使其引腳 因受力不勻而彎曲或斷裂。 2 正確合理布線 21 導線的選擇 一般應選用直徑為 0508mm 的單股導線，長度適 中，兩端絕緣皮剝去 510mm，并剪成 45角。 22 正確合理布線 在電子電路中，由于布線錯誤而引起的故障占有很大比 例。為避免或減少故障，要求布線合理和準確。 (1) 元器件和連線要排列整齊，一般按電路順序直線排 列，輸入與輸出線要遠離。在高頻電路中，導線不要平行，以防 止寄生耦合引起電路自激。元器件插腳和連線要盡量短而直，以 防止分布參數影響電路性能。 (2) 布線時要注意在器件周圍走

15、線，不允許導線在集成 塊上方跨過，以免妨礙排除故障或調換器件。 (3) 為使布線整潔和便于檢查，電路中不同功能的導線 應盡量采用不同的顏色，如電源線用紅色，接地線用黑色等等。 (4) 布線的順序是先布電源線和地線，再布固定使用的 規劃線(如固定接地線或接高電平、或接時鐘脈沖的連線等)，最 后再逐級連接控制線及各種邏輯線。必要時可以邊接線邊測試， 逐級進行。走線應盡可能少遮蓋其它插孔，以免影響其它導線的 插入。 3 電路調試和故障的檢查與排除 31 認真仔細復查 接好全部連線后，應對照電路圖仔細復查一遍。 檢查晶體管或集成塊的引腳是否插對，是否有漏線和錯線， 然后用萬用表的“10”檔檢查電源與地

16、線之間的電阻值，排 除電源與地線之間的開路或短路現象。 32 通電檢查 (1)直接觀察：上述檢查無誤后給電路通電，然后用手觸模 元器件，檢查有無異常發熱現象、有無異味等。 (2)測量參數：用萬用表測量電路的電源 ucc和地兩腳之間 的電壓，測量晶體管的工作點是否符合要求等。 (3)采用動態逐級跟蹤法：在電路輸入端加人一個有規律的 信號，按信號流程用示波器依次檢查各級波形，看是否有故障直 至找到為止。對于脈沖數字電路，還可用發光二極管來逐級顯示 其輸入、輸出脈沖信號。 (4)采用替換法：不改變電路的接線，通過更換一些元器件 來發現故障。 (5)消除電路存在的不良影響：注意消除 ttl 電路存在電

17、源 電流尖峰的影響，防止集成電路產生誤觸發(可加濾波電容)等。 (6)電路工作頻率較高時，應采取如下措施： 減小電源內阻，擴大地線面積或采用接地板，使電源 線與地線夾在相鄰的輸入線和輸出線之間，起屏蔽作用。 各輸入、輸出線，交、直流引線不能混雜，并盡量使 輸入、輸出線遠離時鐘脈沖線。 縮短引線長度。 (7)調試大型綜合電子電路，可按功能將其劃分為幾個獨立的 子單元，逐一布線進行調試，然后將各單元連接起來統調，這樣 成功的把握性更大 3.33.3 電路參數的計算電路參數的計算 遲滯比較器的輸出 vo 與輸入 vi 不成線性關系，輸出電壓的轉換 臨界條件是門限電壓 vp（同相輸入端的電壓）vn（反

18、相輸入 端的電壓）=vi（參考基準電壓） vp=vn=（r1vref）/（r1+r2）+（r2vo）/（r1+r2） （公式-1）根據輸出電壓 vo 的不同值（voh 或 vol）可以 分別求出上門限電壓 vt+和下門限電壓 vt-分別為： vt+=1+（r1/r2）vref-（r1/r2）vol vt-=1+（r1/r2）vref-（r1/r2）voh 那么門限寬度為：vt=（r1/r2）（voh-vol） 方波 周期、頻率計算：t=2rcln（1+2r1/r2） f=1/t 幅值： z urrru21/1 3.43.4 元件清單元件清單 雙路直流穩壓電源 2 臺 led 多功能示波器 1

19、臺 數字萬用表 1 只 運算放大器 lm741 2 片 雙穩壓二級管 2 只 電阻 若干只 電容 10uf 1 只 發光二極管 2 只 導線 若干只 面包板，鑷子，鉗子 3.53.5 仿真與調試仿真與調試 按照原理圖,在 ewb 中做好電路圖。仔細檢查電路圖是否有 錯誤。在確定沒有錯誤的情況下,將 ewb 中的仿真器材示波器拖 出來,將示波器接到輸出方波和三角波的端口 vo1 和 vo2。將電 路調到運行狀態。觀察示波器中輸出的波形。調整示波器的 x 和 y 增益,比較波形的失真情況 完成實物圖，然后使用雙蹤示波器測量驗證，觀察輸出波形、 幅值、頻率參數是否符合要求，并記錄數據 仿真調試輸出波

20、形 圖 3.4.1 方波 vo1 輸出波形 圖 3.4.2 三角波 vo2 輸出波形 uz -uz uth -uth t 0 圖 3.4.3 輸入為三角波時滯回電壓比較器的輸出波形 uz -uz uth -uth t uo1 uo2 0 圖 3.4.4 方波三角波發生器的輸出波形 經過多次調試后，會出現完整的波形圖 經過分析知道,方波的波形開始時有少量失真,隨著電路的逐 漸穩定,失真基本上完全消除。并且方波輸出的幅值為 14。2v,基 本上符合設計要求 三角波的波形只有少量失真,其他符合要求 由于所有信號產生的頻率都與方波和三角波產生模塊所設置 的頻率一致，故所有產生的波信的頻率都可以有所保證

21、。 此電路設計，符合設計要求。 第四章第四章 軟件設計軟件設計 4.1 尋找故障的方法尋找故障的方法 在一般情況下，尋找故障的常規做法是： 先用直接觀察法，排除明顯的故障。例如，有一些元器 件沒有插牢，還有一些導線之間有短路的現象。 再用萬用表（或示波器）檢查靜態工作點。 信號尋跡法是對各種電路普遍適用而且簡單直觀的方法， 在動態調試中廣為應用。 應當指出，對于反饋環內的故障診斷是比較困難的，在這 個閉環回路中，只要有一個元器件（或功能塊）出故障，則往往 整個回路中處處都存在故障現象。尋找故障的方法是先把反饋回 路斷開，使系統成為一個開環系統，然后再接入一適當的輸入信 號，利用信號尋跡法逐一尋

22、找發生故障的元、器件（或功能塊） 。 4.2 注意事項注意事項 1接線前用數字多用表測量電阻、電容參數，并作好記錄。 2觀察振蕩波形時，注意兩個輸出電壓的相位關系。 3. 運算放大器的電源線、地線切勿接錯，否則容易損壞集 成片。 4運算放大器lm324/ lm348 的封裝圖與技術參數請預習有 關附錄 第五章第五章 總結與展望總結與展望 本學期我們開設了模擬電子技術基礎課，這門學科屬 于電子電路范疇，與我們的專業有聯系，是理論方面的指示。正 所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。 ”學習任何知識，僅 從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學期電 路分析學完之際，緊接著來一次電子電路

23、課程設計是很及時、很 必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認識，而且還及時、 真正的做到了學以致用。 老師說實踐的目的不僅僅是要學會如何去連一個電路，更 主要的是要我們學會如何自己動手解決生活中出現的問題，這樣 我們才能在以后的生活中根據實際問題去想出解決的方法，而且， 電路的設計不僅要合理，簡便，也需要美觀整潔。連的每一條線 都不能有多余的部分，而且線條要明朗，要整齊，不能彎曲。這 對我們這些初次接觸這些東西的人來說，是一件并不簡單的事。 通過平時上課學到的有關集成電路的一些知識運用和有關 書籍的查找我們經過研究和探討后把電路設計出來?？墒请娐冯m 然比較好接，誰知道后面的卻是困難重重??！我們只用了兩個小 時就把電路做完了，大家都看到了希望，覺得我們離成功進了， 可是誰知道第一次調試的時候會出現這么多問題，看到大家的電 路連的那么美觀，而且那么準確，很多組很快就調試完成了，而 我們四個卻只是在那想究竟差什么呢？我們怎么就還不成功呢？ 一組組的同學都成功了，他們臉上充滿了笑容，甚至