模电音频信号发生器

东华理工学院长江学院
课程设计报告
课程设计题目：音频信号发生器
学生姓名：
专业：电子信息工程
班级：０６３１４１
指导教师：高浪琴
2008年01 月03 日
［概述］
音频信号发生器是电子测量中不可缺少的设备之一。

完成一个音频信号发生器的设计和安装调试，可以达到对模拟电路理论知识的较全面的运用和掌握模拟电路的实际安装调试技术，也有一定的价值。

音频信号一般是指频率在几百赫兹至几十千赫兹的正弦信号。

根据课题任务及技术指标要求，所要设计的音频信号发生器有音频信号的频率调节范围要求，也就是要有一个能够在指定的频率范围内的正弦信号发生部分，同时输出信号的电压和所带负载也有规定，也就是说输出功率有一定的要求，因此要求有一个输出电路部分。

所以，设计课题的总体功能框如图１所示：
一、指标设计要求：
１、频率范围200HZ～～20KHZ，连续可调；
２、输出电压Ｕ0＞＝２Ｖ；
３、非线性失真r＜＝５％。

二、设计方案：
采用文式电桥振荡电路
RC串并联网络和Rf、R e，正好组成四臂电桥，放大电路输
入端和输出端分别接到电桥的两对角线上，因此称为文氏电桥振
荡器。

目前广泛采用集成运算放大器代替两级放大电路来构成
RC桥式振荡器。

图Z0823是它的基本电路。

文氏电桥振荡器的
优点是：不仅振荡较稳定，波形良好，而且振荡频率在较宽的范
围内能方便地连续调节
方框电路图如图２所示：
三、单元电路设计：
１、正弦波振荡产生的条件：
0从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。

图9.1（a）表示接成正反馈时，因此有:
放大电路在输入信号时的方框图。

可改画成图9.1（b）所示。

由图可知，若在放大器的
输入端（1端）外接一定频率、一定幅度的正弦波信号经过基本放大器和反馈网络构成的环
路传输后,在反馈网络的输出端（2端) ，得到反馈信号与在大小和相位上都一致,那么
就可以去除外接信号，而将（1）、（2）两端连接在一起(如图中的虚线所示）而形成闭环
系统，其输出端可能继续维持与开环时一样的输出信号。

这样由于便有
或
正弦波振荡器的振荡条件为：︱AF︳＞１，即：︱A︳＞１，︳
幅度平衡条件：，
相位平衡条件：
所谓建立振荡，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电。

对于RC振荡电路来说，直流电源即是能源。

那么自激的因素又是什么呢?由于电路中存在噪声，它的频谱分布很广，其中也包括有ω=ω0 =1/（RC）这样一个频率成分。

这种微弱的信号，经过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来，开始时，AV =1+ R f/R1略大于3，达到稳定平衡状态时，A V=3，F V=1/3(ω=ω0=1/RC）。

2、选频网络：
RC选频电路在实际的电路中主要应用在震荡电路中，RC振荡电路由电阻和电容元件
组成正反馈回路，优点是电路结构简单，经济方便，可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。

特别适合低频振荡电路．
ＲＣ选频网络的计算：图３中，电阻Ｒ和电容Ｃ的取值决定了振荡频率f，
即：f = 1/（2πRC）。

本课题指标要求f＝200HZ～～20KHZ，为了提高调节精度，把频率f分为200HZ～～2KHZ和2KHZ～～20KHZ两个频段，所以，选择两个电容作为粗调，分别为0.1UF和0.01UF，分别对应f在200HZ~~2KHZ和2KHZ～～20KHZ频段。

根据Ｃ的值和各频段求出Ｒ的最小值和最大值为：
当C=0.1Uf,频率f＝200HZ～2KHZ时，
Ｒmin ＝１／（２πfmaxC）＝１／（２π＊２*1000*0.1 *10^-6）＝０.796千欧
Ｒmax ==1／（2πfminC)＝１／（２π＊２00*0.1*10^-6）=7.96千欧
当C=0.01Uf,频率f＝2KHZ～20KHZ时，
Ｒmin ＝１／（２πfmaxC）＝１／（２π＊２0*1000*0.01*10^-6）＝０.796千欧
Ｒmax ==1／（2πfminC)＝１／（２π＊２＊1000*0.01*10^-6）＝７.９６千欧
工作原理：
选取600欧的电阻和10千欧的双连电位器串联作为R，当电容器的开关同时打到0.1uF时，调节电位器使频率在200~20KZ可调，当电位器打到0.01uF时，调节电位器使频率在2KZ~20KZ可调。

3、放大电路：
Ｆ７４１是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。

由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。

本电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。

Ｆ７４１可应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。

特点：
·不需要处部频率补偿·输入有过压保护
·输出有过载保护·无阻塞和振荡现象
封装外形图
管脚朝
下）
基本接线
图
运算放大
器的选
择：
放大
环节是振
荡电路的
核心，其增益和频率直接影响起振条件和振荡器的稳定性。

运算放大器的转换速率SR限制了运算放大器输出端所能提供的最大不失真幅度，因而有限制了振荡器的最高振荡频率fomax。

在给定电路的最高振荡频率fomax后，运算放大器的转换速率SR与闭环带宽应满足以下关系：
S R≥2πfomaxmaxV op
fh≥3fomax
其中V op为运算放大器的输出幅度，fh为闭环后的带宽。

如果选择的运算放大器SR达不到要求，就应降低输出幅度V op。

本题要求V o==2V（有效值），则：
V op＝２＾（１／２）V o＝２.８２Ｖ
本题要求fomax＝２０KHZ，则：
S R≥2π＊20(KHZ)*2.82(V)＝０.35V/us
fh≥3*20KHZ==60KHZ
F741可满足要求。

4、稳幅电路：
由于电源电压的波动、电路参数的变化、环境温度的变化等因素的影响，将使输出幅度不稳定。

采用一般的电阻R f、R1引入负反馈稳幅还不够，常用方法之一是采用非线性热敏元件来稳幅。

如上述电路中的R f换为负温度系数的热敏电阻，就可实现稳幅。

对于图４所示的电路，调整R1或R f可以使输出电压达到或接近正弦波。

然而，由于温度、电源电压或者元件参数的变化，将会破坏A V F V=1的条件，使振幅发生变化。

当A V F V增加时，将使输出电压产生非线性失真；反之，当A V F V减小时，将使输出波形消失（即停振）。

因此，必须采取措施，使输出电压幅度达到稳定。

实现稳幅的方法是使电路的R f/R1值随输
出电压幅度增大而减小。

R f用一个具有负温度系数的热敏电阻代替，当输出电压增加
使R f的功耗增大时，热敏电阻R f减小，放大器的增益下降，使的幅值下降。

如果参数选择合适，可使输出电压幅值基本恒定，且波形失真较小。

四、整体电路：
五、总结：
经过一个星期的模拟电路课程设计,使我对模电有了更进一步的认识和了解,开始不知道从哪里下手,慢慢的锻炼着画电路图,分析电路,通过翻查课本、借助于其他资料进行设计，在实践过程中我发现了我的不足之处。

首先是对深层知识点的不了解，以前学的知识的含糊性，以至于出现了在设计之初不能很快的理清思路，经常会出现错误。

通过这次设计，使我在很多方面得到了锻炼，最主要的是对变压、整流、滤波、调整放大、稳压的过程及时运用到模电元件原理及作用有了更深的了解。

我会在以后的学习当中不断加强自己的实践能力。

争取取得更大的进步。

六、参考资料：
《电子技术实验与课程设计指导模拟电路分册》主编：郭永贞东南大学出版社２００４年１月
《模拟电子技术基础》（第四版）主编：华成英童诗白高等教育出版社２００６年
/cpxx/products/danpian/dianlushouce/085.htm
/Portals/a8176bfa-b639-40b8-9e48-b16e7be6eff5/Docu ments/Analog7.htm#2
/elec/simulate/264.html
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课程设计评分表
学生姓名：胡小燕班级：063141 学号：06314107
课程设计题目：音频信号发生器
项目内容满分实评
选题能结合所学课程知识、有一定的能力训练。

符合选题要求
（5人一题）
10 工作量适中，难易度合理10
能力水平能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力10 理论依据充分，数据准确，公式推导正确10
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、
制图等
10 能体现创造性思维，或有独特见解10
成果质量总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。

10 说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、
结论严谨合理；分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构
严谨、版面清晰
10
设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。

格式、
绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准
10 有一定篇幅，字符数不少于5000 10
总分100
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日。