模电课程设计仿真 函数发生器

第一篇：模电课程设计仿真 函数发生器

《模拟电路基础》课程设计

——函数发生器

指导教师： 学院； 学号： 姓名：

一．设计任务 要求：

设计一个正弦波信号发生器 设计一个方波信号发生器

设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器

指标： 频率：1kHz 幅度：正弦波大于10Vpp，方波10Vpp，三角波6Vpp。

二、电路原理

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。RC正弦振荡电路

起振条件：

F1A

振荡平衡条件：

AF1AF(2n1)π(n为整数)4个组成部分： 放大电路 选频网络 正反馈网络 稳幅网络 振荡频率

1f02RC

Fff0若时：

13

R2rDA13R1运放的放大倍数 方波信号发生器

滞回比较器：引入正反馈，产生振荡

RC电路：作为延迟环节和反馈网络，通过对电容的充放电实现两种状态的转换。

稳压管：输出需要的方波电压。

滞回比较器：

提高了比较器的响应速度，同时输出电压的跃变不是发生在同一门限电平上，具有抗干扰能力。同相输入端

反相输入端

方波信号发生器

当UiUp时，Uo=-Uz，当Ui小于-UT时，输出发生翻转Uo=+Uz。函数发生器

采用RC桥式正弦振荡电路产生正弦信号 正弦信号通过比较器电路产生方波 方波信号利用反相积分电路变换为三角波 通过开关选择需要的输出波形

总体电路

仿真结果

六、总结

本次电路图的设计符合要求。通过本次设计，对函数发生器的工作原理有了更好的理解，也对运算放大电路的使用有了进一步的认识，通过查阅资料，翻看教科书以及查看课件，做出了上面的函数发生器电路，并在仿真上进行测试，而且获得成功，达到了设计制定的标准，可以稳定的输出我们需要的波形。但是也有不足，真正的函数发生器可以对输出电压和输出频率进行调节，而本次所设计的电路并没有以上功能，所以还可以对电路进行优化，如把一些决定输出幅度的电阻或者电容做成可调节的电阻和电容。这样就可以对输出幅度和输出频率进行调节，这样的函数发生器才更适合我们用其进行电子技术实验。

第二篇：模电课程设计——简易函数信号发生器

模拟电子技术课程设计报告

简易函数信号发生器

姓 名：李**，马** 班 级：********** 学 号：**********

**********

日 期：2016.12.28

简易信号发生器设计

摘要：

函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的原件，焊接出具体的实物图，并在实验室对焊接好的实物图进行调试，观察效果并与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。

关键字：

方案确定、参数计算、调试、误差分析。

一．设计目的：

设计构成正弦波、三角波、方波函数信号发生器

二．函数发生器总方案：

函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等 电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器 S101 全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块 8038)。为进一步掌握电路的基本理 论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与RC振荡电路的方式形成正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过比较器，整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生正弦波—方波—三角波，再调整方波的占空比进而实现产生锯齿波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：

由比较器和积分器组成方波—三角波产转换电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到锯齿波的变换电路主要由调节占空比来完成。

三.设计任务与实验原理 实际任务：

所选为题目2：函数信号发生器

输出正弦波、占空比可调的矩形波（含方波）、锯齿波（含三角波）。

实验原理：

（一）RC振荡电路——正弦波发生电路

（二）滞回比较器——正弦波—矩形波转换电路

滞回比较器特性如图，实验中希望通过改变UT阈值改变比较器对于正弦波的运算过程，进而改变矩形波的占空比。

因此我们在滞回比较器的接地端接入一个电压可调电压源，反馈支路加入了一个可调电阻的电位器，进而达到可调同名端电位的目的。

实际电路图设计如下：

（三）积分电路——矩形波—锯齿波转换电路

积分电路定义

输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。

积分电路原理

从图中可以看出，Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故 Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt 这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）RC电路的积分条件：RC≥Tk

电路结构如图J-1，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

积分电路特点1:积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波 2:积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中

3：积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度

4：积分电路输入和输出成积分关系

积分电路的设计方法与步骤积分电路的设计可按以下几个步骤进行：

1． 选择电路形式积分电路的形式可以根据实际要求来确定。

若要进行两个信号的求和积分运算，应选择求和

积分电路。若只要求对某个信号进行一般的波形变换，可选用基本积分电路。基本积分电路如图1

所示：

2．确定时间常数τ=RC

τ的大小决定了积分速度的快慢。由于运算放大器的最大输出电压 Uomax为有限值（通

常 Uomax=±10V 左右），因此，若τ的值太小，则还未达到预定的积分时间 t 之前，运放已经

饱和，输出电压波形会严重失真。所以τ的值必须满足：

当 ui为阶跃信号时，τ的值必须满足：

因此，当输入信号为正弦波时，τ的值不仅受运算放大器最大输出电压的限制，而且与 输入信号的频率有关，对于一定幅度的正弦信号，频率越低τ的值应该越大。

3．选择电路元件

1）当时间常数τ=RC 确定后，就可以选择 R 和 C 的值，由于反相积分电路的输入电阻Ri=R，因此往往希望 R 的值大一些。在 R 的值满足输入电阻要求的条件下，一般选择较大的C 值，而且 C 的值不能大于 1μF。

2）确定 RP

RP 为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流所产生的失调，一般取 RP=R。

3）确定 Rf

在实际电路中，通常在积分电容的两端并联一个电阻 Rf。Rf 是积分漂移泄漏电阻，用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。为了减小误差要求 Rf ≥ 10R。

4．选择运算放大器

为了减小运放参数对积分电路输出电压的影响，应选择：输入失调参数（UIO、IIO、IB）小，开环增益（Auo）和增益带宽积大，输入电阻高的集成运算放大器。

四.电路框图：

五.单元电路的计算

在习题中偶然见到改变UT的值，便设计了如是电路，通过叠加定理可算得 V=U*Rp2/(R4+Rp2)(+/-)Uz*R4/(R4+Rp2)六.问题及解决：

实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改

进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。

1、调试前的检查

在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括： *检查连线是否正确

检查的方法通常有两种方法：

（1）按照电路图检查安装的线路。这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。

（2）按照实际线路来对照原理图电路进行查线。这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。*检查元器件的安装情况

检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。2、调试方法与原则（1）通电观察

把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调试

交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。（3）动态调试

调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。

七．电路与实验结果图

八.误差分析：

a.测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;b.电流表内阻串入回路造成的误差;c.测得纹波电压时示波器造成的误差;d.示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差;

九．实验心得：

实验箱的接触不良，示波器的故障都是磨练我们心智的一道道门槛，跨过去，就像从幽寂的冷夜投入曜阳的拥抱。课程设计中的“命运多舛”从来都不曾组织我们的脚步，我们能做的就是迈向最终的清风与花香。对我来讲，这就是一步，而在这一步中，我们收获良多良多： 一个人做不到的，你还有队友；不懂的，你还有文献„„这个世界上有太多困难，也有太多克服困难的方法，关键在于是否有前进的心。

十.参考文献：

童诗白模拟电子技术基础北京高等教育出版社,2006。付扬电路与电子技术实验教程北京机械工业出版社

第三篇：模电课程设计-波形发生器(130619)

知行合一 行胜于言

模电课程设计-波形发生器(130619)

院 系： 电子工程系

姓 名： 巫金生

学 号： 112027136

设计项目名称： 波形发生器

实验所属课程： 模拟电子技术教程设计

实验室(中心)： 模拟电子实验室

指 导 教 师 ： 郭彩萍

设计完成时间： 2013 年 06 月 19 112027136 太原工业学院

知行合一 行胜于言

目 录

本实验主体报告分为5个部分

1、成员介绍…………………………….2、波形发生器功能介绍………………………

3、原理图、PCB图及参数计算……………….4、仿真结果…………………………………….5、心得体会…………………………………….6、参考文献……………………………………..Ps:如有纰漏，敬请谅解

一.成员介绍：

①、刘毅

②、董敏

112027112 112027118

太原工业学院112027136

知行合一 行胜于言

③、崔宇 112027120 ④、巫金生

112027136 二.波形发生器功能介绍：

此波形发生器由两个LM358 集成运算放大器及其周边电路构成，可以发生方波、三角波、锯齿波和正弦波。

①方波：利用输入端的RC自激振荡电路，反相输入迟滞电路而形成，反馈网路增加一个电位器以调节占空比。正向输入端连接一个电位器可以调节方波的频率。输出电路利用一个5V双向稳压管接地来稳幅。

②三角波：以方波为输入信号，输入到积分电路。同时为了提高三角波的负载能力并且减少方波频率对三角波幅值的影响，将积分电路的输出反馈给滞回比较器的输入。通过改变方波的频率改变三角波的频率。

③锯齿波：以方波为输入信号，利用二极管的单向导电性是积分电路中C充放电的回路不同，输入到一并联的二极管模块再输入到积分电路，以调节锯齿波的斜率。为减少对其他电路的干扰，这里为并联的二极管设计了一个与其并联的开关，当想要输出三角波的时候开关闭合，并联二极管模块短路；当想要输出锯齿波的时候开关断开，接通并联二极管电路。正弦波：实际是一个一阶反相输入的低通滤波器。在积分电路中的电容上并联一个电阻来降低通带放大倍数。

三.原理图、PCB及参数计算

1、原理图：

2、PCB图：

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知行合一 行胜于言

3、模块详细分析 ⑴、自激震荡部分：

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没有接通时，Vc0，滞回比较器V0Vz，则集成运放同相输入端R2Vi*VzVVz给C充电，使VR由0上升，在R1R2，同时0VR>Vi之前，V0Vz不变；当VR>Vi时，V0跳变到Vz。

当V0R2Vi*(Vz)RVz时，R1R2f（反相输入，同时C经端反馈网络等效电阻）使VR降低，在VR>Vi之前V0Vz不变，当VR

⑵、方波部分：

方波的波幅由稳压管的参数决定，这里使用5V的稳压管，方波的周期取决于充放电回路RC的数值。若R或C其中一个增大，计算周期T：

四.仿真结果(图片显示)

和周期T均会增大，频率f也会增大。

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五、心得体会

1.我们小组是男女搭配方式的合作方式，所以在某些环节中我们需要找个地方一起讨论问题，总结解决办法，统一意见。在这方面我们很明智的选择了在学校图书馆，不影响其他同学学习的情况下我们有秩序的发表了自己对本次课程设计的观点，总结出方案的详细流程，形成一个分工明确彼此紧扣的团队氛围。

2.在这次课程设计期间我深深的体会到“大学给我们带来的不单单是学习到的知识，更加教会你如何利用身边的资源找到自己需要的内容”。没有任何事物是一成不变的，你只有掌握自学的能力才可以应对一切的变化，不被社会淘汰。一开始我们遇到的问题是ewb无法运行我们所绘制的电路图，无奈之下就采用protel软件，图书馆四楼各种翻书各种查询。后来好不容易绘制了protel版本的电路图，纠其仿真功能实在不咋d。最后我们还是放弃protel，改用multisim。（当然其中也包括了我们在书海中的翻阅资料…….）

3.没有事情是一次就能成功的，你需要付出的往往比你想象中的要多。电路图元件的挑选，电路连接的顺序，功能测试等等环节可谓是变化万千。需要你有爱迪生那样3000次尝试仍然坚信下一次就是成功的希冀。不厌其烦的做下去，直到你做出来为止。

4.谨慎的态度往往是你成功的基石，举一个最简单的例子：在连接导线的时候，会因为一时疏忽没有把导线连接在元件的一端或者是覆盖了另一端导线。由于视觉的误差往往使你不容易发现这个错误，调试一天也很难找到为什么仪表显示出来的结果就不是理论值….总结以上四点分别为：友好合作，自主自学，坚持不懈，谨慎专注！

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六.参考文献：

1、Multisim的基本功能：

<1>虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表，函数信号发生器，双踪示波器，直流电源；而且还有一般实验室少有或者没有的仪器，如波特图仪，字信号发生器，逻辑分析仪，逻辑转换器，失真仪，频谱分析仪和网络分析仪等

<2>具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析，时域和频域分析，器件的线性和非线性分析，电路的噪声分析和失真分析、离散傅立叶分析，电路零极点分析，交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

<3>电路图设计的四大步骤：

步骤一：调用元器件

步骤二：电路连接

步骤三：电路文件存盘

步骤四：电路功能测试，打开仿真开关，测点电路功能

2.波形发生

1>.自激振荡

当一个放大器的输入端没有外加输入信号，而在输出端却有一定的频率和幅值的输出信号

2>.正弦波振荡器的组成(1).基本放大器Au

(2).正反馈网络F:RC、LC

(3).选频网络：旨在产生单一频率的振荡信号

3.方波发生器

方波发生器的基本电路结构小编已经绘制出来，如下图所示(由于过程比较仓促，没来得及做进一步检查，如有纰漏，望见谅)。它是以比较器为基础，由滞回电压比较器和在运放的负反馈网络中起延时作用的无源RC积分电路组成。输出端经R1和R2分压，把反馈电压引到比较器的同向端，输出电压又经RC积分电路把另外一个反馈电压加到反相端。同相端和反相端互相制约为条件，互相促进对方向现实所处状态而形成脉冲波形。

电路输出电压的幅度由稳压管的稳定电压Uz的大小决定。忽略二极管的导通电阻时，相应的方波振荡频率为：

F=1/(Rw+2R)Cln(1+2R1/R2)调节电位器Rw，滑动臂的位置可以调节运放两个输入端电压相等。即uN = uP,本电路的uN=0，则uP为

uP=(±Uz-ui)R1/(R1+R2)+Ui

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4.三角波发生器

三角波电压产生器的基本电路结构如下，用集成运放构成的反相输入积分器和同相输入的滞回比较器构成三角波发生器。Uo1输出幅值为±Uz，是占空比为0.5的方波电压；Uo2输出幅值为±UzR1/R2,是随时间线性变化的三角波电压。相应的振荡频率为： ：F =R2/4R1RC

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第四篇：函数信号发生器课程设计

一 绪论

1.1 函数信号发生器的应用意义

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用有集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。具体方法是由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

通过此次设计，我们能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力

1.2设计任务

设计能产生方波、三角波、正弦波的函数信号发生器电路

1.3设计要求

1）输出各种波形工作频率范围：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。

2)输出电压：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。3)波形特征：幅度连续可调，线性失真小。

4)选择电路方案，完成对确定方案电路的设计;计算电路元件参数与元件选择、并画出各部分原理图，阐述基本原理。

1.4设计方案

函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。

图1 函数信号发生器框图

1、方波—三角波—正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，其结构如图1所示。他利用比较器产生方波输出，方波通过积分产生三角波输出，三角波通过差分放大电路产生正弦波输出。

2、利用差分放大电路实现三角波—正弦波的变换

波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示

图 2 三角波和正弦波得转换示意图

由图2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。

二

函数信号发生器各单元电路的设计

2.1方波产生电路图及元件参数的确定

2.1.1 方波产生电路 如图3所示

图 3 方波发生电路

2.1.2 元件参数的确定

图3中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。使产生的频率范围在10~~100Hz。方波振荡周期

T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

C1的值可以改变电 R1=7K，R3=7K，R4=7K。

振荡频率 f = 1/T。可见，f与C1成反比，调整电容路的振荡频率。图中稳压管 D1 D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2。

2.2方波—三角波转换电路图及元件参数确定

2.2.1 方波—三角波转换电路 如图 4 所示

图 4 方波-三角波电路图

2.2.2 方波→三角波的参数确定

图4中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。运算放大器U1与电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。

图中R6在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以调节可变电容C2。

三角波部分参数设定如下：

对于输出三角波 其振荡周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，f = 1/T。而要调整输出三角波的振幅，则需要调整可变电容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。

2.3正弦波参数电路及元件参数确定

2.3.1 正弦波参数电路 如图 5 所示

图 5 三角波-正弦波电路图

2.3.2正弦波的参数确定

.改变输入频率，是电路中的频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图5中当改变输入频率后，三角波与正弦波的幅度将发生相应改变。由于

振荡周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，C2为调节三角波的幅度使UP-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波→正弦波的变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。

2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图

根据以上设计，画出方波-三角波-正弦波函数发生器电路图如图 6 所示。

图 6

方波-三角-正弦波函数发生器电路图

3、电路的仿真调试

3.1 利用Multisim软件画出电路图，模拟电路结果，观察各波形的输出。

3.1.1 方波、三角波产生电路的仿真波形如图7所示

图7 方波、三角波仿真图形

3.1.2 方波—三角波转换电路的仿真 如图 8 所示

图 8 方波—三角波仿真图形

3.1.3三角波—正弦波转换电路仿真

图

三角波—正弦波仿真图形

3.1.4 方波—三角波—正弦波转换电路仿真

图

方波—三角波—正弦波仿真图形

3.1.4结果分析

输出电压

方波信号接入示波器仿真，调节C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信号并接入三角波信号，调节C2，测得三角波峰峰值Upp=5 V；将正弦波信号接入示波器，调节R10，测得正弦波峰峰值Upp=3V。

第五篇：模电课程设计仿真 音频放大电路

电子科技大学

设计题目：学生姓名：教师姓名：《模拟电路基础》电子线路应用设计报告

功率放大电路 学号：

日期： 2016.12.27

1、设计任务

设计要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

性能指标：频率：20Hz～20kHz 输出功率：≥8W 放大倍数：30dB 失真：≤10%

2、电路原理

2.1 电路整体方案 2.1.1 方案的确定及论证

一、OCL互补对称功率放大器

图 2.1.1-1 OCL电路

如图所示放大电路是由两个射极输出器组成的，T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的材料和参数相同（即特性对称），且电源由对称的双电源+VCC和-VCC提供。

图中，两管基极没有偏置电流，静态损耗为0，电路工作在乙类状态，信号从基极输人，从射极输出，RL为负载，输出端没有耦合电容。所以，把图4-35所示的电路称为无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。静态时，UEQ＝UBQ＝0 输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地 输入电压的负半周：地→RL→T2→－VCC OCL电路的输出功率的计算公式如下：

最大输出功率：

转换效率：

二、用集成器件实现

TDA2030集成功放芯片：

TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。

图 2.1.1-2 TDA2030芯片

TDA2030管脚功能： 1脚是正相输入端； 2脚是反向输入端； 3脚是负电源输入端； 4脚是功率输出端； 5脚是正电源输入端。

图 2.1.1-3 TDA2030芯片

图 2.1.1-4 TDA2030典型参数

TDA2030特点: 1.开机冲击极小。2.外接元件非常少。

3.TDA2030输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。4.采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度。

5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接(Vsmax=12V)以及负载泄放电压反冲等。

6．TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。2.1.2 整体电路

整体电路设计：使用TDA2030加少量外围元件，输入端使用高通滤波。

图 2.1.2-1 音频功放电路

2.2 各部分电路原理

一、输入部分

图 2.2-1 输入部分电路

R3是直流平衡电阻，同时与C3构成高通响应，用以滤除低频信号。

二、放大部分

图 2.2-2 放大部分电路

R1、R2和C2构成负反馈电路，决定电路的电压增益及低端截止频率。Au=R1/R2

三、输出部分

输出部分负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

四、保护部分

图 2.2-3 保护部分电路

R4和C7可以稳定频率，防止电路自激。D1、D2用以保护集成块 2.3 电路参数选择依据

阐述电路整体方案、各部分电路原理和电路参数选择依据

3、电路仿真和结果

根据要求，仿真软件选用multisim，在软件中连接电路如图4.1所示：

图 3-1 电路仿真图

一、波特图输出

图 3-2 波特图

由图可以看出，其仿真的结果，在20Hz-20kHz内中后段的波形放大能力基本保持不变化，且放大倍数约为30dB。符合题目要求。

二、输出功率

图 3-3 输出回路上探针数据 图 3-4 输出功率图

输出功率为8.662W，≥8W，满足要求。

三、失真分析

图 3-5 失真分析图

失真为0.014%，≤10%。满足要求。

选择的器件及其参数

给出部分和整体电路仿真截图，给出仿真结果及结论。

4、电路加工及测试（可选）

阐述制作电路（画图、焊接）的过程及注意事项，给出PCB版图、实物图。阐明所用的测试仪表、测试方法，给出测试结果。在最后，针对这次DIY，也有些收获和感悟。其中最重要的一点就是功放单点接地的问题！一定得慎之慎之处理处理不好功放会有底噪。

图中R1、R2是输入落地电阻，C2是直流反馈电容，接地点是小信号地，标记为蓝色，；C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红色，属电源地。正确的接地方式为：三个小信号接地点可混合在一条地线上，四个电源地汇集为另一条地线，电源地与小信号地在总接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点。

5、问题解答

1、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路？

共射主要用于放大电压信号，其输出功率和效率都很低；而功放不仅需要有放大的电压信号，还需要有放大的电流信号，只有电压信号和电流信号都足够大，才能满足功放的要求，所以共射放大不宜用作功率放大电路。

2、TDA2030使用时对电路有什么要求？ TD2030使用时类似于集成运放，需要用负反馈电路。

3、如何实现电路的实物制作？

根据电路图绘制PCB→将PCB文件导出为PDF文档格式，采用1：1导出→将PDF打印到菲林上，采用实际大小打印→将打印好PCB菲林平铺在感光板上，准备曝光→用11W的日光台灯曝光约15分钟→曝光完毕后用显影液进行显影→准备好腐蚀溶液进行腐蚀→腐蚀结束，钻孔，准备焊接→焊接元件

6、总结

通过此次的课程设计，我增进了对功率放大电路的了解、掌握了音频功率放大电路的基本设计方法，对于仿真软件Multisim也用得更加得心应手，此外我还新学会了利用软件Altium Designer绘出PCB版图。同时对于模电的课程的内容也有了更加深刻的认识。

电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做等更好。

从选择题目到开始着手去做，我才发现自己的模电知识掌握得并不牢固，于是花了很多时间去读教材相关内容，包括基本放大电路的知识，多级放大器，放大电路的反馈和功率放大器等章节，总算是有了大概的想法和思路。而后便查阅各种论文和书籍资料，浏览各样的电子、电工论坛，看到别人的一些见解和讨论，启发了我的思路。最终发现了TDA2030的集成运放具有很大的优点，便想用集成运放来实现。我选择了TDA2030典型电路中的双电源电路来实现，并揣摩该电路的设计思路和意图，最终看出了其中的道理。之后便是应用仿真软件来实现。

制作实物电路图又是一次挑战。首先我询问了一些搞电子设计的同学如何实现实物，得知要先绘出PCB布线再印制、最终把元件焊上去并调试。软件Altium Designer的使用对我来说又是一项新鲜事物，我不断尝试，学会了如何利用软件布线。学校开放实验室给了我们很大的支持和鼓励，元件的找寻以及板子的印制都不再成为困扰我们的问题。我在没课的时候就呆在那里焊板子，最终做出了实物。

虽然我做出来的电路满足了设计要求，但是我仍觉得有些遗憾，那就是这个电路图我是直接用的TDA2030典型电路，并没有在此基础上做什么改进和变化。我想，以后我要更加注重模电这样的课程的学习，掌握扎实的基础，才有创新思考的能力。同时我也认识到，电子设计也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做得更好。

电路设计、仿真、加工、测试过程中的收获和体会，对课程的理解，对实际电路的认识等等。

说明：正文小四号宋体。图表采用五号宋体，图表分别按顺序编号。

表1 选用的元器件型号和数量 图1 xxx仿真电路图

参考文献

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