模电数电课程设计1

模电数电课程设计1

合肥经济技术职业学院模数课程设计

专业名称：应用电子学生班级：10应电班学生姓名：张东学生学号: 1015012

目录

模电部分

第一章设计的目的及任务

1设计目的 (3)

2设计任务 (3)

3课程设计的要求及技术指标 (3)

第二章函数发生器的总方案及原理框图

2.1 原理框图 (3)

2.2 函数发生器的总方案 (4)

第三章单元电路设计

3.1方波发生电路的工作原理 (4)

3.2方波---三角波转换电路的工作原理 (5)

3.3方波-三角波仿真 (9)

3.4 使用中的注意事项 (9)

第四章课程设计总结 (10)

参考文献 (11)

数电部分

一.目的 (11)

二.设计的任务及要求 (11)

三.真值表 (11)

四.模拟电路图 (12)

五.交通灯的工作流程 (13)

六.参考使用元器件 (13)

七.心得体会 (13)

第一章设计的目的及任务

1.1 设计目的

1.11掌握电子系统的一般设计方法

1.12掌握模拟IC器件的应用

1.13培养综合应用所学知识来指导实践的能力

1.14掌握常用元器件的识别和测试

1.15 熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

1.2设计任务

设计方波——三角波函数信号发生器

1.3课程设计的要求及技术指标

1.31设计、组装、调试函数发生器

1.32输出波形：方波、三角波；

1.33频率范围：在100Hz－1KHz，1 KHz-10 KHz范围内可调；

1.34输出电压：方波U

Ｐ－Ｐ≤24V，三角波U

Ｐ－Ｐ

＝6V，方波t

r

小于1uS。

第二章函数发生器的总方案及原理框图

2.1 原理框图

图2-1

2.2 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，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管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。

产生方波、三角波的方案有多种，

由积分电路将方波变成三角波；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。本课题采用先产生方波—三角波。

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。

第三章单元电路设计

3.1方波发生电路的工作原理

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

3.2方波---三角波转换电路的工作原理

图3-2所示的电路能自动产生方波—三角波。电路工作原理若下：若开关A断开，开关B闭合，运放A1与R1、R2及R3、RP3组织成比较器，R1成为平

衡电阻，运放的反相端接基准电压，及U_=0，同相端接输入电压Uia ；比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc ，低电平等于负电源电压—VEE （|+Vcc|=|—VEE |）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出U01从高电平+Vcc 跳到低电平—VEE ，或从低电平—VEE 跳到高电平+Vcc 。设U01=+Vcc ，则

31

2231231

()0CC ia R RP R U V U R R RP R R RP ++=++=++++ （3-2-1）

式子中，RP1指的是电位器（以下同）。

将上式整理，得比较器翻转的下门限电位 22

3131()CC CC ia R R U V V R RP R RP ---=

+=++ （3-2-2）

若Uo1=—VEE ，则比较器翻转的上门线电位 22

3131

()EE CC ia R R U V V R RP R RP +-=

-=++ （3-2-3）

比较器的门限宽度

2

31

2

H CC ia ia R U U U I R RP +-=-=+ (3-2-4)

由式子（3-2-1）～(3-2-4)可以得到比较器的电压传输特性，如图所示。

图3-3

快关A 断开后开关B 闭合，运放A2与R4、RP3、C2、及R5组成反相积分器，其输入信号为方波U01，则积分器的输出 t U C RP R U o o d )(1

12142?

+-=

(3-2-5)

当U01=+Vcc 时， t C RP R U o 214CC

2)(V +-=

(3-2-6)

当U01=-Vcc 时， t C RP R U o 2

14EE

2)(V +=

(3-2-7)

可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图所示。

图3-4 方波—三角波波形

当开关A 闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为 2

231

O m CC R U V R RP =+ （3-2-8）

方波—三角波的频率 31

2422

4()R RP f R R RP C +=

+ （3-2-9）

由式子（3-8）及（3-9）可以得出以下结论：

1.电位器RP2在调整方波—三角波的输出频率时，一般不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围比较宽，则可用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。

2．方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc 。三角波的输出幅度不超过电

源电压+Vcc 。电位器RP1可以实现幅度微调，但会影响方波—三角波的频率。

I ——差分放大器的恒定电流；

T

U ——温度的电压当量，当室温为25oc 时，UT ≈

26mV 。

如果Uid 为三角波，设表达式为

44434m id m U T t T U U T t T ???- ?????=?

-??

?- ?????

022T t T t T ?

?≤≤ ?

?

???

≤≤ ???

（3-3-3）

式中 Um ——三角波的幅度； T ——三角波的周期。 3.2.1方波-三角波

运放A1与A2用741，因为方波的幅度接近电源电压+V CC =+12V,-V EE =-12V.

比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下。 由式 （3-8）得

4

1

1232132===+Vcc m Vo RP R R 取 210R K =Ω，则R3+RP1=40K Ω，取320R K =Ω，RP1为

47K Ω的电位

器。平衡电阻R1=R2∥(R3+RP1)=8k Ω，取R 1=8.2K Ω

由式（3-2-9）得31

2422

4()R RP f R R RP C +=+

即R 4+RP 2=(R 3+RP 1)/(4FC 2R 2)

当100Hz ≤f ≤1kHz 时， 取C 2=0.1uF, 则10K Ω

3.3方波-三角波仿真

8.方波-三角波仿真

3.4 使用中的注意事项

为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：

(1)正确使用测量仪器的接地端

（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。

（3）仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。

(4）用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。

（5）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要记录。记录的内容

包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。

（6）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问

题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查。调试结果是否正确，在很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。

第四章课程设计总结

该设计电路通过先产生方波-三角波，，最终艰难而曲折的把简易信号发生器设计了出来

该设计电路的优点是输出波形的频率和幅度都连续可调。缺点是在调节频率的过程中正弦波的幅度会有所改变，而且波形的稳定度和失真度都会有很大的变化，这也就增加了电路调节的难度，在制成PCB板后才突然醒悟在比较器部分应该接入一个加速电容C,用来加速比较器的翻转。因此而留下了很多遗憾。总之，由于知识的有限，仿真结果不可避免的和设计要求产生了一定的偏差。

通过对函数信号发生器的设计，我学到了很多的知识，一方面，我掌握了常用元件的识别和测试方法；熟悉了常用的仪器仪表；以及如何提高电路的性能等等。另一方面，我深刻认识到了“理论联系实际”这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。

参考文献

胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京. 高等教育出版社，2000

<完>

数电部分

一.目的

1.掌握/训练数字电路的综合设计方法；以及对电路和真值表之间的

转化。

2.学习掌握逻辑电路。

二.设计任务及要求

设计一个十字交叉路口交通灯自动控制电路，要求主干道和支干道两条交叉道路上的车辆交替行驶通过，分为A，B两路口。当A路口出现绿灯和黄灯时，B路口出现红灯，此时A路口绿灯三秒，黄灯一秒；B路口红灯四秒。相反的当B路口绿灯三秒，黄灯一秒时；A路口红灯四秒.

三.真值表.

有真值表可得：

X3=A—B—C—+A—B—C+A—B C—

=A—C—+A—B—

X2=A—BC

X1=A B—C—+A B—C+AB C—+ABC

=A

X4=A B—C—+A B—C+AB C—

=A C—+A B—

X6=ABC

X5=A—B—C—+A—B—C+A—B C—+A—BC

=A—

四.模拟电路

得到的电路图如下：

时间A路口时间B路口

0~2 X3 亮0~3 X5 亮

3 X2 亮4~6 X

4 亮

4~7 X1 亮7 X6 亮

十字路口的交通灯控制器计数控制.，显示器在0到2秒时,绿灯（A）X3亮，第3秒时黄灯(A)X2亮，从4到7秒时红灯(A)X1亮；在0到3秒时，红灯（B）X5亮，4，5，6秒绿灯（B）X4亮，第七秒黄灯亮，以此类推，往复循环下去。六．参考使用元器件

集成电路芯片:74LS74 1片绿灯 2个黄灯2个红灯 2个数码显示器 1

个时钟电压源 1个

七．心得体会

我在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

开始拿到题目的时候,感觉很是困难，对很多芯片的功能都不是很清楚，仿真软件也不是很会用。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的，花了很多的时间,但学到了很多东西。做课程设计的时候，由于是期末了，顺便复习了数字电子技术基础这门课程，增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了。在课程设计的过程中。对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法,最后还是采取了上面的方法进行连接。在设计中碰到一个接一个的难题，在经过老师和同学的交流难题也就一一化解了，更重要的是使我深深的体会到理论结合实际的重要性体会到知识的海洋是无穷尽的，激发我去追求。

在这次实习过程中，让我了解要多思考、多比较和多尝试把所

学的书本知识应用于实际，培养自己的动手能力。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻

理解。

参考资料

数字电子技术（第二版）杨志忠主编高等教育出版社

< 完 >