电子测量课程设计.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸
三角波—正弦波转换电路设计
1、课程设计的要求
1.1设计的目的要求
（1）掌握三角波—正弦波函数发生器的设计方法与调试技术
（2）学会安装与调试由多级单元电路组成的电子电路
（3）学会使用集成函数发生器
1.2设计技术指标要求
（1）频率范围：三角波 100Hz~1kHz，正弦波 1kHz~10kHz
（2）输出电压：三角波Upp=5V 幅度连续可调；正弦波 Upp=14V 幅度连续可调。
（3）频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率；
通过改变控制电压Uc实现压控频率（VCF）。
（4）波形特性：三角波非线性失真小于1%
正弦波失真小于3%
2、课程设计原理方案
2.1基本原理
函数发生器一般是指能自动产生三角波、正弦波等波形的电路或仪器。电路形式可以采用由运放及分立元件构成；也可采用单片机集成函数发生器。根据用途不同，有产生3种或多种波形的函数发生器，本课题介绍三角波—正弦波发转换电路的设计。

2.2系统框图
由运算放大器电路及分立元件构成，方波—三角波—正弦波函数发生器电路组成框图如下，本设计只介绍将三角波变成正弦波的电路，电路图如下：

函数发生器组成框图
2.3实现转换的原理
波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如下图。由图可见，传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度Um应正好使晶体接近饱和区或截止区。

三角波—正弦波变换原理
3、课程设计电路图
3.1差放放大电路实现变换
下图为实现三角波—正弦波变换的电路，其中RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻Re2用来减小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，以滤除谐波分量，改善输出波形。

3.2元件清单
元件名称
型号
主要参数
数量
电容
C1
47uF
1个
C2、C3
470uF
2个
C4
0.1uF
1个
电阻
Rb1、Rb2
6.8K
2个
Rc1、Rc2
20K
2个
Re2
100K
1个
Re3、Re4
2K
2个
R
8K
1个
滑动变阻器
Rp1、Rp2
47K、100 Ω
各一个
电源
+Vcc -VEE
+12V -12V
各一个
三极管
NPN9013

4个
信号发生器
DG3061A

一台
示波器
XN33/J2459

一台

4、元件识别与检测
4.1 NPN三极管
（1）9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管，下面是9013的参数等资料。
参数：
　　集电极电流：0~500mA
　　工作温度：-55℃ ~ +150℃
　　集电极-基极电压：0~40V
主要用途： 放大电路
（2）引脚图
1为发射极 2为基极 3集电极
4.2示波器原理及应用
示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析试验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。
示波器的主要特点是：
（1）能显示电信号的波形，便于观察波形的变化规律。
（2）测量灵敏度高，可测量幅度较小的信号，且具有较强的过载承受能力。
（3）输入阻抗较高，对被测网络的影响较小。
（4）工作频率高，响应速度快，便于观察波形瞬变的细节。
（5）具有X－Y工作方式，可描绘出任何两个量之间的函数关系。
4.3函数信号发生器
低频信号发生器可以产生1Hz～1MHz的正弦波信号、脉冲信号和逻辑信号（TTL），其正弦波信号具有很小的失真和良好的频响，输出电压有效范围为0.05mV～6V，以及标准的600Ω输出阻抗等特点，脉冲信号的幅度和宽度均为连续可调，TTL具有很强的负载能力和理想的波形等特性。电路设计合理，性能可靠稳定，频率用LED显示，使用极为方便，因此是一台性能价格比极高的通用测量仪器。

使用方法如下。
（1）使用前的准各工作：接通仪器的电源之前，应先检查电源电压是否正常，电源线及电源插头是否完好无损，通电前将输出细调电位器旋至最小，然后接通电源，打开XD1型低频信号发生器的开关。
（2）频率的调节 ：包括频段的选择和频率细调。
①频段的选择。根据所需要的频段（即频率范围）可通过按面板上的琴键开关，来选择所需要的频率。例如，需要输出信号的频率为6200Hz，该频率在1～10kHz的频段，故应按下10kHz的按键（从左向右第五个键）。
②频率细调。在频段按键的上方，有三个频率细调旋钮，1～10旋钮为整数，0.1～0.9旋钮为第一位小数，0.01～0.10旋钮为第二位小数。选择频率时，信号频率的前三位有效数字由这三个旋钮来确定。例如，需要信号的频率为3550Hz，则频段选择按下10kHz按键后，应将三个细调旋钮分别旋转到3、0.5、0.05的位置。
（3）输出电压的调节。XD1型低频信号发生器设有电压输出和功率输出两组端钮，这两组输出共用一个输出衰减旋钮，可做10dB／步的衰减。但需要注意，在同一衰减位置上，电压与功率的衰减分贝数是不相同的，面板上已用不同的颜色区别表示。输出细调是由同一电位器连续调节的，这两个旋钮适当配合便可在输出端上得到所需的信号输出幅度。
调节时，首先将负载接在电压输出端钮上，然后调节输出衰减旋钮和输出细调旋钮，即可得到所需要的电压幅度信号。输出信号电压的大小可从电压表上读出，然后除以衰减倍数就是实际输出电压值。
（4）电压级的使用 从电压级可以得到较好的非线性失真系数（＜0.1％）、较小的输出电压（200μV）和较好的信噪比。电压级最大可输出5V电压，其输出阻抗是随输出衰减的分贝数的变化而变化的。为了保持衰减的准确性及输出波形不失真（主要是在0dB时），电压输出端钮上的负载应大于5kΩ以上。
（5）功率级的使用 使用功率级时应先将功率开关按下，以将功率级输人端的信号接通。

5、电路调试
5.1测试过程
滑动RP1调节三角波的幅度，滑动RP2调整电路的对称性，并联电阻用来减小差分放大器的线性区，通过C1、C2、C3来隔掉直流电容，通过C4来滤波电容。
用万用表对电路板进行静态测试，目的主要为了防止虚焊或者漏焊。如果测试值在误差范围内，说明满足设计要求。
5.2测试结果

上图为由三角波发生器转换产生的正弦波。

6、设计心得
本次课程设计的内容波形的发生与转换，综合运用了之前学过的电子电路与电子测量知识，并结合MULTISIM软件的调试仿真，最后通过硬件的测试，完成本次课程设计的基本的任务。在设计过程中都遇到了不同程度的问题，通过讨论，查阅资料和请教老师，各个难点基本都得到了解决，最后把各个分支电路组成一个完整的电路。通过多次调试和修改，不断完善电路图，在摸索中不断进步。总的来说我在这次设计中得到了充分的锻炼，学到了新知识，能力都得到了不同程度的提高，可以说这是一次检验我们在大学中学习和运用知识的很好机会，为我们以后的学习和工作打下了一个良好的基础。

参考文献
（1）康华光 电子技术基础（模拟部分）第五版 高等教育出版社，2005
（2）张永瑞 电子测量技术基础 第二版 西安电子科技大学出版社，2008
（3）蒋焕文 电子测量 中国计量出版社，1988
（4）陈光宇 现代电子测量技术 国防工业出版社，2000
（5）古天祥 电子测量原理 电子科技大学出版社，2004
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