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1、 课程设计说明书 正弦波发生器 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.1一、课程设计的目的(1)电子技术基础2-1课程设计是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在电子技术基础2-1（模拟电子技术基础）课程中所学的理论知识和实验技能。训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。 (2)进行基本技能的训练，对计算
2、、制图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。 掌握桥式RC正弦波振荡器的电路构成及工作原理。 熟悉正弦波振荡器的调整、测试方法。 (3)进行机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。 培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力。 使理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固
3、、加深和拓展 , 培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.21. 设计方案论证11 概述：正弦波发生电路的用途： 正弦波发生电路常常作为信号源被广泛应用于无线电通信以及自动测量和自动 控制等系统中。电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。大功率正弦波振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。此外，如超声波探伤、无线电和广播电视信号的发送和接收等，都离不开正弦波振荡电路。：正弦波发生电路的特点： 利用自激振荡现象，产生高频和低频的正弦波信号。正弦波振荡电路具有以下四个组成部分：1 放大电路：放大自激信号2 反馈网
4、络：引起正反馈，满足相位条件3 选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4 稳幅环节：使电路从起振过度到稳定振荡：常用的实现方式： 实现电路产生正弦波振荡时，可首先利用瞬时极性法判断电路是否满足相位平 衡条件。如果在满足相位平衡条件的某一特定频率f0下，能同时满足幅度平衡条件，则电路能够产生正弦波振荡。而且，该特定频率f0即是RC串并联网络振荡电路的振荡频率f0=1/2RC，并由幅度平衡条件可以得到起振条件为|A|3，已知同比例 运算电路输出电压之间的比例系数为1+RF/R,为了达到1+RF/R3负反馈支路的参数应该满足RF2R。 当电路接成正反馈时，产生正弦波振荡的条件为：AF=1；当电路
5、接成负反馈时，产生自激振荡的条件为：AF=1。 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.3 12 设计方案选择由于正反馈和负反馈产生自激振荡的差别的根本原因在于两种情况下反馈的极性不同。在放大电路中，为了改善性能，引入的是负反馈，而在振荡电路中的目的是要产生正弦波振荡，因此将RC选频网络反馈接成正反馈。而在电路中又由Rf、Rw及R4引入了一个电压串联负反馈，其作用是可以提高电压放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，而且进一步提高提高放大电路的输入电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电路对RC串并联网络选频特性的影响，提高了振荡电路的带负载能力。同时，改变电阻RF或R3阻值大小可以调节深度负反馈
6、的深度。因此可利用瞬时极性法判断电路能否产生正弦波振荡。并将反馈接成正反馈，此时，产生振荡的条件是Uf=Ui，即AF=1。 利用Multisim 画出不带参数的原理图图1 RC串并联网络振荡电路波原理图 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.41.4 选定元件列表1 RC串并联网络振荡电路无参元件列表名 称标 号参数（型号）数 量电 阻R11个R21个R31个 RF1个Rw1个电 容C1、C22个集成运放A1个稳压管D11个D21个1.3 设计方案论证 图中的电路中由Rf、Rw及R3引入了一个电压串联负反馈，不仅可以提高电压放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，而且进一步提高提高放大电路的
7、输入电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电路对RC串并联网络选频特性的影响，提高了振荡电路的带负载能力。同时，改变电阻RF或R3阻值大小可以调节深度负反馈的深度。其中集成运放A作为放大电路，RC串并联网络是选频网络，而且，当f=f0时，它是一个 接成正反馈的反馈网络。另外，R和Rw及R3支路引入一个负反馈。RC桥式振荡电路由RC串并联选频网络和同相放大电路组成，如原理图所示。图中RC选频网络形成正反馈，并由它决定振荡频率f，R,和Rw及R3形成负反馈回路，由他们决定起振的幅值条件和调节波形的失真程度与稳幅控制。 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.52. 单元电路设计2.1 RC串并联网络电路
8、 (图2 )RC桥式振荡电路所产生的振荡频率F0可由电阻R和电容C确定，f=为了使选频网路的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻Ri和输出电阻R0的影响，电阻R满足下列关系式：RiRR一般集成运算放大器的输入电阻Ri约为几百千欧以上，而输出电阻R仅为几百欧以下。根据RC桥式振荡电路的起振的振幅条件，电阻，R R和Rw应由式Af=1+3确定，因此得RF2R通常取RF=(2.1-2.5)R这样既能保证起振也不能使波形严重失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应该满足直流平衡条件，即：R=R/R 电路中稳幅环节由两只正反向并联的二极管D1，D2和电阻Rw并联组成，利用二级管正向动态
9、电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻Rw，这是一种最简单易行的稳幅电路。在选取稳幅元件时，稳幅二极管D1，D2应选用特性一致的硅管。R的取值不能过大（过大对削弱波形失真不利），也不能过小（过小稳幅效果差），通常R取（37）K即可。 图2 RC串并联网络振荡电路 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.63. 原理图3.1 完整的原理图(见图3) 用Multisim软件绘制的仿真原理图 图3 RC串并联网络振荡电路波原理图 3.2单元设计电路元件列表：（表二） 表二：名 称标 号参数（型号）数 量电 阻R11个R21个Rf1个R1个集成运放A
10、1个电容C1，C22个 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.7 3.3 元件选择计算过程 设 R= R+Rw 由电路的振荡频率f=1014Hz振荡的幅度平衡条件为|AF|1，已知当f=f0 时，|F|=1/3，由此求得振荡电路的起振条件为|Au|3，已知同比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：1+,为了达到1+3，负反馈支路的参数应满足关系 R2R4 即：|Au|=1+=1+13/5=3.63 、负反馈系数F=0.33 3.4 选定元件列表 表3 元件列表元 件 名 称标号参数型号数 量说明集成运算放大器UALM324N1放大信号电 阻R1、R23.5K1Rf、 Rw及 R3构成电
11、压串联负反馈R35KRf、10KRw3K1调节电容充放电时间稳 压 管D1、D21N5233B限制输出电压电 容C10.04uf1个与R3和R2构成反馈回路C20.04uf1个 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.84. 仿真分析方案4.1 仿真分析原理图4.2 仿真分析方案 采用Mutisim7.0对正弦波发生器的输出正弦波进行仿真，当滑动变阻器的阻值输入为60%时，|AF|1，已知当f=f0 时，|F|=1/3，由此求得振荡电路的起振条件为|Au|3，已知同比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：1+,为了达到1+3，负反馈支路的参数应满足关系 R2R4 即：|Au|=1+=1+
12、13/5=3.63 、负反馈系数F=0.33根据RC桥式振荡电路的起振的振幅条件，电阻，R R和Rw应由式Af=1+3确定，因此得RF2R通常取RF=(2.1-2.5)R这样既能保证起振也不能使波形严重失真。 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.95. 仿真结果与分析5.1 正常的仿真结果（波形、数值） 5.2 失真仿真结果（波形、数值） 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.10 5.3 误差分析1. 由于地球或外界电磁场干扰使试验器件参数有所差异导致误差的产生。2. 实验过程数据测量时估读数据时所产生的误差。3. 由于室温不同导致二极管等期间的参数值不一致。最终使实验数据与实际数据不相
13、同，存在误差。6. 设计体会 经过一周的课程设计的学习，我已经自己能制RC串并联网络振荡电路，这其中的兴奋是无法用言语表达的。 学习模电这段时间也是我们一学期最忙的日子，不仅面临着期末考试，而且中间还有一些其他科目的实验，任务对我们来说，显得很重。昨天刚考完复变，为了尽快完成模电的课程设计，我一天也没歇息。相关知识缺乏给学习它带来很大困难，为了尽快掌握它的用法，我照着原理图学习视频一步一步做，终于知道了如何操作。 刚开始我借来了应用电子技术基础但离实际应用差距较大，有些器件很难找到，后来到网上搜索了一下相关内容，并且询问了班上的好的同学一些关于元器件的参数情况。为下步实物连接打好基础。 在做电
14、路仿真时，我画好了电路原理图，修改好参数后,无论我怎样修改都不行，后来请教同学，他们也遇到了同样的困惑。任何事情都不可能是一帆风顺的，后来是没有差错但出来的仿真波形不是预计中的，这确实很难修改。我们一组的几个同学一起研究一起查阅资料最后终于摸清了原理，做出了完美的仿真图。 虽然最终实物做出来了，但这并不是我一个人做出来的。通过这次课程设计，我明白了一个团队精神的重要性，因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各种问题。从原理图的最终敲定，到波形的仿真，到元器件的选择与购买，到最后实物的焊接与调试，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才使
15、我们很快的完成了任务。 尽管现在只是初步学会了RC串并联网络振荡电路设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐，不是吗？ 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.117. 参考文献：1 张维廉.应用电子技术基础 M. 湖北： 电子工业出版社出版 2000.6：108-120。 2 张庆双.实用电子电路200例M. 北京：机械工业出版社 2005.6：45-46。3 赵世强、许杰.电子电路EDA技术M. 西安：西安电子科技大学出版社 20007： 78-101。4 陈光梦.模拟电子学基础M. 上海：复旦大学出版社2005.3.9：34-655 卜小明, 龙全求. 图解电子技术要诀J. 力学学报, 1991,23(1):53-60 沈 阳 大 学
