电子系统综合设计实验报告

V1 V01 0.5 1.38 0.5 0.88 V V2 V02 0.5 2.49 0.5 1.99 V V3 V03 0.5 3.09 0.5 2.59 V
因此取 R1=220Ω，R2=270Ω，R3=150Ω 即可满足电路所需要的结果。 通过改变电位器的值，可以得到不同质量的正弦波信号。
（4）仿真结果
10V
0V
-10V 0s V(VOUT3) 0.5ms V(V1:+) 1.0ms 1.5ms 2.0ms Time 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms
测得的结果为
实测值为 5.696，与理论值 5.7 的误差仅为 0.08%，已非常接近。 4、供电电源的设计 电路设计图如下图所示
3、输出级电路 （1）原理图
（2）参数设计 电路的放大倍数主要由 R9 和 R10 决定，V0=（R9+R10）/R9*VI,因此若选 R9=10K,R10=47K,则放大倍数 为β=5.7,令 R8=R10 则保证当负载空载时使电路仍然稳定。
静态时，运放输出为零，–20V 电源通过下列回路： 20 VZ 0.7 运放输出端→R1 →DZ →b1 →e1 →–20V 向 T1 提供一定的偏置电流 I B 1
用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。这种电 路结构简单，并具有良好的正弦波和方波信号。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的
难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角 波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同 时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。 （2）模拟电路实现方案之二
R2 RC , 频率 f=1/T, 所以在仿真过程中取 R=20k,C=1000n, 则得到频率 R3
f=50Hz，再加上一个电位器，就可以作为 10Hz~100Hz 频段使用，然后选择不同的 C 就可以得到不同频段 的频率。 （3）实验仿真所用的电路图如下所示
图中没有加上电位器调节 （4）实验得到的仿真图为
电路说明： 三端固定集成稳压器包含 7800 和 7900 两大系列，7800 系列是三端固定正输出稳压器，7900 系列是 三端固定负输出稳压器。它们的最大特点是稳压性能良好，外围元件简单，安装调试方便，价格低廉，现 已成为集成稳压器的主流产品。7800 系列按输出电压分有 5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V 等品种； 按输出电流大小分有 0.1A、0.5A、1.5A、3A、5A、10A 等产品。例如型号为 7815 的三端集成稳压器，表 示输出电压为 15V，输出电流可达 1.5A。同理 7900 系列的三端稳压器也有-5V～-24V 七种输出电压，输 出电流有 0.1A、0.5A、1.5A 三种规格。 一般情况下， 由于集成稳压器的输入电压受到最大输入电压的限制， 所以应该先用一个变压器将 220V 的交流电压降压为 15V，再输入稳压器电路。 如图所示，变压器输出的交流电压经 D1～D4 整流，C1、C2 是整流滤波电路，输出电压为 UI。在靠 近三端集成稳压器输入、输出端处，一般要接入 C=0.33F 和 C=0.1F 电容，其目的是使稳压器在整个输 入电压和输出电流变化范围内，提高其工作稳定性和改善瞬变响应。为了获得最佳的效果，电容器应选用 频率特性好的陶瓷电容或胆电容为宜。另外为了进一步减小输出电压的纹波，一般在集成稳压器的输出端 并入一几百F 的电解电容。
（2）参数设计 V V 1）在 0 ~ T/14 段内，D1 ~ D6 均不导通，所以 01 1 im
T 14 T 4 2）在 T/14 ~ T/7 段内，仅 D1 导通，故有 V01 V02 R5 Vim T 14 R4 R5 T 4 R5 0.78 代入图中数据以后可得 R4 R5
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T1 为小功率管，但其耐压也应按 2E 选用，R2 为其集电极负载，最好用一恒流源取代。C5 为消振电 容，其电容值通常为 100P 左右。 调节电位器 W 可改变输出晶体管 T2~T5 的静态工作电流，以克服交越失真。 T1 管的静态工作电流通常设置在 5mA 左右，以适应 T2 级拉电流负载（VC1 升高时，T2、T4 工作）和 T3 级灌电流负载（VC1 降低时，T3、T5 工作）的需要，由此便可确定 R2 的大小：
三、单元电路图、参数设计及仿真结果
1、三角波、方波发生器 （1）原理图为
（2）参数设计 本次实验中令 VΘ1=VΘ2=0, 因此此时方波的最大值 Vom=±VZ,三角波的最大值 Vsom=±
R2 VZ ,若 VΘ1， R3
VΘ2 都不等于 0,则可以通过改变它们的值从而改变方波与三角波的占空比，得到想要的波形。通过改变 R 与 C 的值，可以调节方波与正弦波的频率，因此可以将 R 改为一个定值电阻与电位器的串联，从而在某 一个频段内改变频率；而选择不同的 C，则可以得到不同的频段。 由分析可得三角波、方波的周期为 RC R R RC T2 2 2 VZ T1 2 2 VZ VZ V1 R3 V Z V 1 R 3 当 V Θ 1=V Θ 2=0 时， T1=T2=2
低频函数信号发生器的设计与测试
第一部分 理论设计 一 、设计任务
1 . 设计内容：设计一个低频函数信号发生器 2 . 性能与技术指标 (1) 同时输出三种波形：方波、三角波、正弦波 (2) 频率范围：10Hz ～10KHz； -3 (3) 频率稳定度 Δf/f0≤10 /日 ； (4) 频率控制方式： a. 通过改变 RC 时间常数控制频率（手控方式） ； b. 通过改变控制电压 V1 实现压控频率（即 VCF） ，常用于自控方式,即: （V1=1～10V） ，为确保良好的控制特性，可分三段控制： ① 10Hz～100Hz ② 100Hz ～1KHz ③ 1KHz ～10KHz (5) 波形精度： a.方波上升沿和下降沿时间均应小于 2us； b.三角波 线性度
若选 R4 2.2 k ,则 R5 7.8 k 3）在 T/7 ~ 3T/14 段内，D1 、D2 均导通，所以有 V03 V02
R5 // R6 0.42 R4 R5 // R6
R5 // R6 V im T 14 R4 R5 // R6 T 4 R5 7.8 k R6 2 k
二 、方案说明
1、根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电 路实现方案、模数结合的实现方案等。 （1）数字电路的实现方案 一般可事先在存储器里存储好函数信号波形， 再用 D/A 转换器进行逐点恢复。 这种方案的波形精度主 要取决于函数信号波形的存储点数、D/A 转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的 高低，是通过改变 D/A 转换器输入数字量的速率来实现的。这种方案在信号频率较低时，具有较好的波形 质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影 响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难 产生高频（如>1MHz）信号。 （2）模数结合的实现方案 一般是用模拟电路产生函数信号波形， 而用数字方式改变信号的频率和幅度。 如采用 D/A 转换器与压 控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。 （3）模拟电路的实现方案 是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制， 本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。 2、模拟部分设计电路方案说明 （1）模拟电路实现方案之一
R2
20V 1.4V 3.7 k 5mA
取 R2=3.9kΩ 经过计算和分析，R5 为 e 级电阻，是为了稳定电压，因此可以取小一点，取 R5=1Ω，R3 不能分太多电 流，因此取 R3=400Ω，C3,C4 进行滤波，使电压更稳定，因此选用 0.47u.其它参数可以通过不同要求获得。 （3）仿真电路
R1
先说明功率晶体管 T4、T5 和互补对称级晶体管 T2、T3 的选用问题。 a. 功率管 T4、T5 的选用 功率管的选用主要考虑三个极限参数：即 BVCEO、ICM 和 PCM ① T4、T5 在电路中可能承受的反向电压最大值：VCEmax=E+Vom ≈2E=40V（截止时） ② 流过 T4、T5 的最大集电极电流为：ICmax≈E/(RL+R5)（接近饱和时） ； ③ T4、T5 可能承受的最大功耗，按教材中对乙类功率放大器的分析，应为
由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波 信号。 这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函 数转换电路的形式有关，可以进行调节，因此该电路方式是本实验信号产生部分的选用方案。 3、输出级方案说明 根据实验任务中对输出电压、输出电流及输出功率的要求，原则上在输出级只需采用不同的负反馈方 式便可。即要求电压输出时，采用电压负反馈；要求电流输出时，采用电流负反馈。
代入参数以后可得
，
4）在 3T/14 ~ 4T/14 段内，D1 ~ D3 均导通，输出电压被二极管 D3 嵌位，所以 V0 = V3 + 0.5 V = 3.1V。 按图的要求， 在输入信号的正半周内， 应由 D1 ~ D3 实现逐段校正。 考虑到硅二极管的开启电压为 0.5V， 所以 V1 ~ V3 应按下列直流电压值设置各二极管的动作电平：
实际上，静态时，T4、T5 中通常还有几十 mA 的静态工作电流 ICQ 将产生管耗(ICQ·E)，选管时应予考 虑。 E2 可见，要求所选用的管子 BVCEO>2E，ICM>E / (RL+R5) 和 PCM 0.2( ) I CQ E 2 R L 且二管的β值应尽量对称（特别是在最大电流 ICmax 时） 。 b. 互补对称晶体管 T2、T3 的选用 ① T2、T3 的耐压仍应按 BVCEO>2E 选择； ② 考虑到 T2、T3 管集电极电流在 R2、R3 上的分流作用，它们的最大值可近似估计为：
（3）仿真电路图
（4）仿真结果
5.0V
0V
-5.0V 0s V(Vin) 1s V(VSINOUT) 2s 3s 4s 5s Time 6s 7s 8s 9s 10s
测得的结果为
理论值应该为 VOm=2/π*Vim≈0.64 Vim， 仿真值 VOm=5.0000V，Vim=3.1773V，误差δ=0.18%，说明参数选择已经很接近理论值。
10V
0V
-10V 0s V(vo1) V(vo2) Time 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms 300ms
因为仿真图中 R2=R3=10K,所以三角波与方波的幅值基本相同，测得的结果为
仿真结果与理论误差为δ=3.0%，在允许范围之内。 2、正弦函数转换电路
（1）转换原理图与电路图为
b. 作电流源输出时，要求： ① 输出电流连续可调，最大输出电流（峰峰值）不小于 200 mA； ② 当 RL=0～90Ω时，输出电流相对变化率
I 0 1% (即要求 R0>9KΩ ). I0
。 c.作功率输出时，要求最大输出功率 P0max>1W （RL=50Ω时） (7)具有输出过载保护功能 当因 RL 过小而使 IO > 400 mA (P-P)时，输出晶体管自动限流，以免进一步损坏电路元器件。 (8) 采用数字频率显示方式。
E2 PC max 0.2 Pom 0.2 2R L
I C 2 max (1.1 ~ 1.5) I B 4 max (1.1 ~ 1.5)
③ T2、T3 的最大功耗通常也按下列公式估计：
I C 4 max
4
PC 2 max (1.1 ~ 1.5)
PC 4 max
装 订 线

Vom
1%
N
c.正弦波 谐波失真度
Vi
i2
2
V1
2% （V1 为基波有效值，Vi 为各次谐波有效值)
(6) 输出方式： a. 作电压源输出时，要求： ① 输出电压幅度连续可调，最大输出电压（峰峰值）不小于 20V；
② 当 RL=100Ω～1KΩ时，输出电压相对变化率
v 0 1% (即要求 R0<1.1Ω ); v0