1、第一章 模電課設(shè)概述1.1 設(shè)計(jì)背景 人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。在自動(dòng)頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號(hào)電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。 壓控振蕩器的類型有l(wèi)c壓控振蕩器、rc壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對(duì)壓控振蕩器的技術(shù)要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關(guān)系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，但調(diào)頻范圍窄，rc壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度低而調(diào)頻范圍寬，lc壓控振蕩器居二者之間。1.2 設(shè)計(jì)目的及意義1） 培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2

2、）鍛煉學(xué)生自學(xué)軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。3）通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。4） 鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能。5） 為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)基本要求。1.3 設(shè)計(jì)時(shí)間 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：一周1.4 開發(fā)環(huán)境proteus簡介 proteus軟件是由英國labcenter electronics公司開發(fā)的eda工具軟件，由isis和ares兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中isis是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，ares是一款高級(jí)的布線編輯器，它集成了高級(jí)原理布線圖、混合模式sp

3、ice電路仿真、pcb設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)。 通過proteus isis軟件的vsm（虛擬仿真技術(shù)），用戶可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器件一起仿真。 在原理圖中，電路激勵(lì)源、虛擬儀器、圖表以及直接布置在線路上的探針一起出現(xiàn)在電路中。任何時(shí)候都能通過“運(yùn)行”按鈕或“空格”鍵對(duì)電路進(jìn)行仿真。 proteus有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。其中交互式仿真可實(shí)時(shí)觀測電路的輸出，因此可用于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的電路是否能正常工作。 而基于圖表的仿真能夠在仿真過程中放大一些特別的部分，進(jìn)行一些細(xì)節(jié)上的分析，因此基于圖表

4、的仿真可用于研究電路的工作狀態(tài)和進(jìn)行細(xì)節(jié)的測量。 proteus軟件的模擬仿真直接兼容廠商的spice模型，采用了擴(kuò)充的spice3f5電路仿真模型，能夠記錄基于圖表的頻率特性、直流電的傳輸特性、參數(shù)的掃描、噪聲的分析、傅里葉分析等，具有超過8000種的電路仿真模型。 proteus軟件的數(shù)字仿真支持jdec文件的物理器件仿真，有全系列的ttl和cmos數(shù)字電路仿真模型，同時(shí)一致性分析易于系統(tǒng)的自動(dòng)測試。 proteus軟件支持許多通用的微控制器，如pic、avr、hc11以及8051；包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，可對(duì)寄存器、存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)監(jiān)測；具有斷點(diǎn)調(diào)試功能及單步調(diào)試功能；具有對(duì)顯示器、按鈕、鍵盤等外

5、設(shè)進(jìn)行交互可視化仿真的功能。此外，proteus可對(duì)iar c-spy、keil等開發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試。 此外，在proteus中配置了各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、頻率計(jì)，便于測量和記錄仿真的波形、數(shù)據(jù)。第二章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1 課程設(shè)計(jì)題目方波、三角波壓控振蕩電路的仿真與實(shí)現(xiàn)初始條件：集成運(yùn)算放大器、電阻、電位器、電容若干，直流電源，三極管等，或自備元器件可用儀器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，函數(shù)發(fā)生器2.2 課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)要求 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，完成對(duì)多路對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。采用集成運(yùn)放和集成功放及阻容元件等構(gòu)成壓控振蕩電路，實(shí)現(xiàn)直流電壓對(duì)方波、三角波頻率的控制

6、。選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件的選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。(用proteus畫電路原理圖并實(shí)現(xiàn)仿真)安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。2.3壓控振蕩器各單元電路介紹2.3.1 積分電路 圖（1）積分電路如圖（1）所示，其中ua741為運(yùn)算放大器，c2為積分電容，利用積分器u1將從信號(hào)電壓流入的電流積分至電容c2在輸出端口6處輸出積分結(jié)果。其中信號(hào)電壓為方波提供。設(shè)方波的峰值為uo2，所以積分器輸出的電壓為vo1=uo2*t/(r4*c2)。這樣該電路就完成了從方波到三角波的轉(zhuǎn)換，在u1的6接口處輸出了三角波。2.3.2 遲滯比較器電路 圖

7、（2）ua741通用型集成運(yùn)放，它是一種具有高開環(huán)增益，高輸入電壓范圍，有內(nèi)部頻率補(bǔ)償，高共模抑制比，有短路保護(hù)，不會(huì)出現(xiàn)阻塞且便于失調(diào)電壓調(diào)零等特點(diǎn)的高性能集成運(yùn)放。ua741的7號(hào)引腳和4號(hào)引腳為偏置端，接入正負(fù)5v的電源。1號(hào)和5號(hào)引腳為調(diào)零端。ua741的輸入端3，接由100k、120k的并聯(lián)電阻r5、r7，從ua741的輸入端2輸入積分電路產(chǎn)生的三角波，三角波經(jīng)過比較器后，從u2的輸出端6輸出方波，電阻r6、r7給u2很大的遲滯，從而就會(huì)一零點(diǎn)為中心，使比較器的閾值在正負(fù)向振蕩，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的u2的輸出電壓的極性。設(shè)輸出電壓為vl，那么比較放大器的閾值為：vlr6（r6+r7）。所以三

8、角波的輸出的峰值為放大器的閾值。 2.3.3 極性轉(zhuǎn)換電路 圖（3） 上圖（3）極性轉(zhuǎn)換電路，從r6留過來的電流很小經(jīng)過三極管放大從集電極流入，該圖中三極管起到了放大電路和電流反向的作用。2.4 壓控振蕩器整體電路圖圖所示為利用電壓控制周期也即頻率的三角波與方波發(fā)生器。u1是fet op放大器，此次選擇的是ua741運(yùn)算放大器，u2是可使電源電壓充分震蕩的比較放大器。也用的741.。 壓控振蕩器有兩種緩沖輸出：三角波和方波輸出。頻率是由比較器的輸出電壓擺幅決定的。通過將q1替換成一個(gè)開光場效應(yīng)晶體管可得到更優(yōu)越的性能。快速場效應(yīng)晶體管運(yùn)算放大器可提高高頻率時(shí)的表現(xiàn)。 首先利用積分器a1從信號(hào)源

9、vs流入的電流積分至電容c,而在輸出vo1處輸出積分結(jié)果。利用比較器監(jiān)視輸出電壓，達(dá)到一定電壓時(shí)使積分器的極性反向，極性轉(zhuǎn)換開關(guān)為晶體管2n2222a,高頻放大三極管，在理想狀態(tài)下與r4相比，若使用導(dǎo)通電阻很低的fet或線性ic門的話，就可以減少誤差。圖中的d2二極管是過濾掉方波的負(fù)向最大值。波形通過q1后轉(zhuǎn)換成vi/2到0v的階躍波形。再通過積分器電容充放電使得三角波產(chǎn)生。生成的三角波再通過比較器反作用產(chǎn)生方波，方波的幅值約等于工作電壓，如給10負(fù)工作電壓輸出約為9.12伏，而三角波最大值約為方波一半，4伏左右。電阻r2與r7給a2很大的遲滯，從而就會(huì)以零點(diǎn)為中心，是比較器的閾值在正負(fù)向振蕩

10、，轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的a1輸出電壓的極性。設(shè)輸出電壓為正負(fù)vl，那么比較放大器的閾值為正負(fù)vl*r2/(r2+r7)。實(shí)物調(diào)試成功后波形的頻率以每伏約64赫茲變化。波形和三角波的線性較好。最高的控制電壓甚至能達(dá)到10v以上。 圖（4） 上圖（4）為壓控振蕩器的整體電路圖，首先由控制電壓為運(yùn)算放大器u1提供輸入電壓，整個(gè)電路產(chǎn)生自激振蕩，電容充電，完成后放電，形成了三角波，從u1的輸出端輸出三角波，三角波經(jīng)過遲滯比較器，產(chǎn)生方波，方波的峰值為：uo2=5r5r7。其值約為4.17v。所以三角波的峰值為：uo1=4.17r5（r5+r7）。其值約為1.896v。方波在r6上面?zhèn)鬏敚?dāng)uo2=4.17v時(shí)，

11、電壓經(jīng)過三極管把電流放大、反向，然后傳輸給比較器，此時(shí)比較器充電，當(dāng)uo2=-4.17v時(shí)，三極管被二極管短路，電流直接流入到地，三極管不能正常工作集電極電壓為0v。所以此時(shí)的電容c2放電，形成了一個(gè)完整的三角波。輸出的三角波、方波的波形圖如下圖（5）所示。圖（5）2.5 壓控分析 壓控振蕩器是利用輸入電壓u來控制振蕩頻率的電路，若用直流電壓作為u，壓控振蕩器可制成頻率調(diào)節(jié)十分方便的信號(hào)源，弱用正弦電壓作為u壓控振蕩器就成了調(diào)頻振蕩器，圖（4）即為壓控振蕩器。由上面可知三角波的幅值uo1m=r2(r2+r7)uo2m，由此可見三角波的幅值可由r2、r7控制。又因?yàn)槿遣ǖ碾妷捍笮o1由0上升

12、到uo1m所需時(shí)間為t4，所以由積分電路的運(yùn)算關(guān)系可得三角波的幅值：uo1m=1c（uir1）dt(0到t4的積分)由運(yùn)算放大器的“虛短”和“虛斷”可知道ui=u2（其中u為控制電壓的大小）。帶入公式：可得到t=8uo2mr2r4cu(r2+r7)。2.6 仿真過程及記錄 給兩個(gè)運(yùn)算放大器提供5v的電壓以保證其正常工作，給電路的輸入端也提供5v的控制電壓電壓，把兩個(gè)輸出端連接到示波器上，的到的圖形如下圖（6）所示，在示波器上讀出方波的峰峰值為vp-p=8.4v、三角波的vp-p=3.8v，頻率f=322hz，而用上述公式算出的結(jié)果為328hz，與仿真結(jié)果相差不大。圖（6） 當(dāng)給輸入的直流電壓變

13、為u=2v時(shí)的到的波形如下圖（7）所示。圖（7）可讀的方波電壓的峰峰值為vp-p=8.4v、三角波的vp-p=3.8v，頻率f=128hz，而用上述公式算出的結(jié)果為131hz，與仿真結(jié)果相差不大。2.7 實(shí)際電路安裝與調(diào)試2.7.1元件列表： 運(yùn)放ua741 2個(gè)電阻100k 3個(gè)電阻51k 3個(gè)電阻120k 1個(gè)二極管（1n914） 2個(gè)電容0.01uf 1個(gè)三極管（2n2222a） 1個(gè)+5v電源 2個(gè)-5v電源 1個(gè)2.7.2調(diào)試環(huán)節(jié)：1、檢查電路及電源電壓檢查電路元器件是否接錯(cuò)，注意晶體管管腳、二極管方向、電解電容極性是否接對(duì)、焊接點(diǎn)是否牢固等，檢查電路無誤，再測電源電壓的數(shù)值和極性是

14、否符合設(shè)計(jì)要求。一切正常之后方可接通電源開始調(diào)試實(shí)驗(yàn)。2、靜態(tài)調(diào)試先不接輸入信號(hào)，測量各級(jí)晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)。凡處于放大狀態(tài)的三極管，測量其vce和vbe，不應(yīng)出現(xiàn)零狀況，vbe=0表示管子截止損壞， vce=0表示管子飽和或擊穿，均需要找出原因排除故障。處于放大狀態(tài)的三極管vbe為0.6v左右，vce 12v。3、動(dòng)態(tài)調(diào)試接輸入信號(hào)，各級(jí)電路的輸出端應(yīng)有相應(yīng)的信號(hào)輸出。線性放大電路不應(yīng)有非線性失真；波形產(chǎn)生及變換電路的輸出波形也應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。調(diào)試時(shí)，可由前級(jí)開始逐級(jí)向右檢測，這樣容易找出故障點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整改進(jìn)。4、指標(biāo)測試電路能正常工作之后，即可進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)測試。根據(jù)設(shè)計(jì)要求。逐個(gè)測試指標(biāo)完成

15、情況。第三章 心得體會(huì)正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行。”學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的。因此在學(xué)期末來臨之際，我們迎來了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹立了對(duì)知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐操作能力， 使自己充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過程中的成功喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不怎么好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前，覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面，課程設(shè)計(jì)

16、不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，也是對(duì)自己能力的一種提高，通過這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來的那點(diǎn)知識(shí)是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過這次課程設(shè)計(jì)，明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課程設(shè)計(jì)在多一點(diǎn)。此次課程設(shè)計(jì)，我們小組準(zhǔn)備了兩套方案，由于另一組方案的設(shè)計(jì)較本組方案難，且在proteus仿真中遇到了許多困難，比如說proteus中沒有穩(wěn)壓管的仿真模型，找不到合適的運(yùn)算放大器等等，所以我們選擇了報(bào)告中給出的方案。此次課程設(shè)計(jì)是分小組進(jìn)行的，每個(gè)人負(fù)責(zé)的部分不一樣，包括multisim仿真、proteus仿真、實(shí)物的制作等。每個(gè)人負(fù)責(zé)的那部分都十分重要，比如仿真沒出來之前實(shí)物是不能做的。所以此次課設(shè)不僅考驗(yàn)了我們的操作能力、動(dòng)手能力，還有我們的團(tuán)隊(duì)合作能力，我們的成績是大家一起努力的結(jié)果，我希望我們小組能取得一個(gè)好的成績。第四章 參考文獻(xiàn)1. 吳友宇. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：清華大學(xué)出版社，20092. 華中科技大學(xué)電子技術(shù)教研室編，康華光主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.北京：高等教育出版社，19863. 陳大欽主編,電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電子電路實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、仿真，高等教育出版社，2002年出版4. paul horowitz and winfield hill. t