目录

1 课程设计的目的与作用······················································1

2 设计任务及所用multisim软件环境介绍·······································1

   2.1设计任务······························································1

   2.2所用multisim软件环境介绍·············································1

     2.2.1 Multistim 10简介·················································1

     2.2.2 Multistim 10主页面···············································2

     2.2.3 Multistim 10元器件库·············································2

     2.2.4 Multistim 10虚拟仪器·············································3

     2.2.5 Multistim 10分析工具·············································3

3 电路模型的建立····························································3

   3.1原理分析······························································3

   3.2函数信号发生器各单元电路的设计········································5

     3.2.1方波产生电路图····················································5

     3.2.2方波—三角波转换电路图············································5

     3.2.3正弦波电路图······················································6

     3.2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图····························6

4 理论分析及计算····························································7

   4.1方波发生电路··························································7

   4.2方波—三角波··························································7

   4.3正弦波································································7

5 仿真结果分析······························································8

   5.1仿真结果······························································8

     5.1.1方波、三角波产生电路的仿真波形如图所示····························8

     5.1.2方波—三角波转换电路的仿真·······································10

     5.1.3三角波—正弦波转换电路仿真·······································11

     5.1.4方波—三角波—正弦波转换电路仿真·································12

   5.2结果分析·····························································13

6 设计总结和体会···························································13

7 参考文献·································································14

1 课程设计的目的与作用

1．巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

2．培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

3．通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件;初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4．了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。

5．培养严肃、认真的工作作风和科学态度

2 设计任务及所用multisim软件环境介绍

2.1 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）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。

2.2 所用multisim软件环境介绍

2.2.1 Multistim 10简介

Multistim是美国IIT公司推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的应用。

2.2.2 Multistim 10主页面

 启动Multistim 10后，屏幕上将显示主界面。主界面主要由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏、使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。

2.2.3 Multistim 10元器件库

Multistim 10提供了丰富的元器件，供用户构建电路图时使用。在Multistim 10的主元器件库中，将各种元器件的模型按不同的种类分别存放若干个分类库中。这些元器件包括现实元件和虚拟元件。从根本上说，仿真软件中的元器件都是虚拟的。这里所谓的现实元件，给出了具体的型号，它们的模型参数根据该型号元件参数的典型值确定。现实元件有相应的封装，可以将现实元件构成的电路图传送到印刷电路板设计软件Uliboard 10中去。而这里所谓的虚拟元件没有型号，它的模型参数是根据这种元件各种型号参数的典型值，而不是某一种特定型号的参数典型值确定。虚拟元件的某些参数可以由用户根据自己的要求任意设定，如电阻器的阻值，电容器的容值以及三极管β值等，这对于教学实验的仿十分方便。虚拟元件没有相应的封装，因而不能传送到Uliboard 10中去。另外，Multistim 10的元器件库还提供一种3D虚拟元件，这是Multistim以前的版本并没有。这种元件以三维图形的方式显示，比较形象，直观。Multistim 10还允许用户根据自己的

需要创建新的元器件，存放在用户元器件库中。如图1所示

图1 Multisim 10 主界面

2.2.4 Multistim 10虚拟仪器

    Multistim 10提供了品种繁多，方便实用的虚拟仪器。取用这些虚拟仪器，只当连接在构建的电路图中，可以将仿真的结果以数字或图形的方式实时显示出来，比较直观。虚拟仪器的连接和操作方式与实验室中的实际仪器相似，比较方便。点击主界面中仪表栏的相应按钮即可方便地取用所需的虚拟仪器。元件工作栏如图2所示，虚拟仪表栏如图3所示。

                            图2   元件工具栏

                              图3   虚拟仪表栏

2.2.5 Multistim 10分析工具

分析菜单如图4所示。

                                 图4  分析菜单

3 电路模型的建立

3.1原理分析

    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。

3.2函数信号发生器各单元电路的设计

3.2.1方波产生电路图

3.2.2方波—三角波转换电路图

3.2.3正弦波电路图

3.2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图

4 理论分析及计算  

4.1方波发生电路

    方波发生电路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)。

 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C1的值可以改变电路的振荡频率。图中稳压管 D1  D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2=14V。

4.2方波—三角波

方波——三角波电路中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。

4.3正弦波

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。

5 仿真结果分析

5.1仿真结果

5.1.1方波、三角波产生电路的仿真波形如图所示

方波仿真图形

三角波仿真图形

5.1.2方波—三角波转换电路的仿真

方波—三角波转换电路的仿真图形

5.1.3三角波—正弦波转换电路仿真

三角波—正弦波转换电路仿真图形

5.1.4方波—三角波—正弦波转换电路仿真

方波—三角波—正弦波转换电路仿真图形1

方波—三角波—正弦波转换电路仿真图形2

5.2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。

6 设计总结和体会

从课程设计开始就纠结实验方案，太简单感觉没啥意思，太难了又担心调试不出来。抱着试试看看的态度，先选了一个比较复杂的电路，连了半天才连出来，调试的时候发现没有达到效果。于是，接着该方案，越改越简单，最后一次课验收才通过。

通过这次的课程设计，我发现《模拟电子技术》这门课没有学好，理论知识掌握得不够牢靠，很多原理还不是很明白，电路的分析能力有待提高，需要更好的掌握各种数电以及模电的元器件原理性能参数，应提高自己查阅资料以及使用仿真软件Multisim，画图软件Altium Designer的能力。通过这次设计也使我得到了极大的锻炼。

    在设计的过程中遇到了不少问题，虽然整体思路上时没有错误的，但是在细节方面把握不足，而设计一个电路重要的一面就是对细节的把握

 这次课程设计，我通过操作可以较熟练地运用Multisim进行一些电路的仿真实验，并且能够运用一些虚拟仪器一些以理想化的数据进行分析，从而形象的理解各种电路的特点，从而可以利用其特点进行一些电路的设计。

 实践是检验真理的唯一标准，本次课程设计让我对自己的专业有了更深层次的了解，也锻炼了我们以后作为一名电子工作者应该具备的素质。

7 参考文献

[1] 清华大学电子学教研组编. 杨素行主编. 模拟电子技术基础简明教程.3                                                                                      

    版.北京：高等教育出版社，2006.

[2] 童诗白主编．模拟电子技术基础．3版.北京：高教出版社，2001.

[3] 李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.黑龙江：哈尔滨工程大学出版

    社，2001.

[4] 胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京： 高等教育出版社，2000.

 

第二篇：模电课程设计报告1

     

  模 电 课 程 设 计  

大连理工大学城市学院

电子与自动化学院

电子信息工程1005

姓名：

学号：201015

组别：第九组

实验内容：用三极管设计一个变压器反馈LC振荡电路

设计题目

用三极管设计一个变压器反馈LC振荡电路

一、 设计参数、要求

fo=30kHz； 输出Vom为0～3v连续可调；  负载RL=1kΩ

二、 所用设备、仪器及器件

面包板         1个

直流电源       1台

示波器         1台

万用表         1个

变压器         1个

9013三极管    1个

47kΩ电位器    1个

电阻   30kΩ×1  10kΩ×2  470Ω×1  680Ω×1  7.5kΩ×1

电容   473×1  474×2  102×2 

导线           若干

三、 电路图、元件参数及作用

（一）、电路图：

（二）、元件：

1、参数：

Rb1=30kΩ   Rb2=20kΩ（实现0～3v连续可调时为电位器，阻值为2.4kΩ～5.5kΩ）

Re1=470Ω   Re2=680Ω   

C1=4.7μf   C2=47μf   C3=4.7μf   Ce=1μf  

Vcc=7v 

三极管（NPN型）β=173 

变压器变比固定

2、作用：

C1与L1：并联谐振电路，作为三极管负载，也是选频网络。

L2：反馈。三极管与L1，L2构成正反馈网络；调节L2匝数可改变信号反馈强度，满足正反馈幅度条件。

L3：与l1，l2构成变压器，调节输出电压。

Rl：负载

三极管：放大信号

Rb1，Rb2，Re1，Re2与三极管构成分压偏置稳定电路。

Re1：调节阻值可调节放大倍数及反馈电压。

Ce：旁路电容，稳定增益。

C2，C3：耦合电容，隔直流传交流。

四、 原理介绍

LC正弦波振荡电路包括放大电路、正反馈选频网络和稳幅电路。反馈网络由LC并联谐振电路组成。

（一）、LC并联谐振电路

（二）、LC并联谐振电路的频率特性：

如图，

在谐振频率fo处阻抗有最大值，在fo两侧阻抗迅速衰减，即为选频特性，仅频率为fo的信号能通过选频网络。

LC谐振电路的振荡频率fo=  ，ωo=       。

（三）、变压器反馈lc振荡电路：

如图，

LC并联谐振电路作为三极管负载，反馈线圈L1与电感线圈L2相耦合，将反馈信号送入三极管输入回路。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号强度，满足正反馈幅度条件。

电路为正反馈：设三极管基极瞬时极性为+，集电极瞬时极性为-，L1同名端电流流入，反馈线圈同名端瞬时极性为+。

将变压器原边绕组n1与副边绕组n2按图中所标同名端连接，

则满足正弦波振荡的相位平衡条件。设计适当的变比，l2圈数足够，一般可满足振荡幅值条件。

当振幅大到一定程度时，三极管集电极电流波形会明显失真，由于集电极负载为LC并联谐振回路，有良好选频作用，输出波形失真不大。

通过调节Rb，Re阻值可调节三极管放大电路静态工作点，使输出信号满足要求。Rb2由电位器控制，调节其阻值可改变静态电流，控制输出电压，实现Vo从0～3v连续可调。

（四）、限幅电路：

∣AF∣＞1放大信号，当输出Vo达到幅值，∣AF∣=1，稳定Vo。

六、相关理论介绍：

（一）、放大电路静态工作点：

静态工作点Q是放大电路在输入交流信号为0的条件下，由直流电源供电产生的基极电流IB，集电极电流IC和集-射极间电压VCE一组参数组成.

（二）、分压式偏置Q点稳定电路：

利用基极偏置电阻Rb1和Rb2分压稳定基极电位VBQ；利用发射极电阻Re获取反映电流IEQ（ICQ）变化的电压信号，将此电压反馈到输入端，自动调节IBQ的大小，实现Q点稳定。

静态参数：

           VCEQ=VCC-ICQRC-IEQRE≈VCC-ICQ(RC+Re)

（三）、正弦波振荡电路：

基本正弦波振荡电路由一个放大器和一个连接在反馈回路的选频网络构成。引入正反馈，振荡电路没有输入信号，输入信号接地，在没有输入信号基础上产生正弦波信号，如图，

环路增益∣AF∣＞1，噪声信号多次环路放大，输出信号增强。

选频网络仅对特定频率噪声信号放大，抑制其他噪声信号，选频网络通常与反馈网络合在一起。正弦波发生电路通常由放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路组成。

（四）、变压器：

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压，电流和阻抗的装置，主要构件有初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。原绕组输入电压与副绕组输出电压之比,等于它们的匝数比。

变压器的同名端,就是在两个绕组中分别通以交流电（或者直流电产生静止磁场）,当磁通方向迭加(同方向)时,两个绕组的电流流入端就是它们的同名端,两个绕组的电流流出端是它们的另一组同名端。

（五）、三点式LC振荡电路：

LC振荡回路与外电路有三个接触点，即有三个电抗性元件。如有两个电感和一个电容即为电感三点式LC振荡电路，有两个电容和一个电感即为电容三点式LC振荡电路。

七、测试数据分析

（一）、三极管分压偏置稳定电路：

设置静态电流IE在10mA左右，VE在2v左右，测得IE=9mA  VE=2.32v  VB=3.02v，静态工作点设置可满足要求。

（二）、变压器反馈lc振荡电路：

t

（数据）Vb=1.13v

连入变压器反馈振荡电路后Vb有所减小，IE=0.54ma  IE=（Vb-0.7v）\（Re1+Re2），IE非常小，可以增大Rb2减小Re来提高IE。

Rb2=2.4kΩ对应Vo=0v；Rb2=5.5kΩ对应Vo=3v。通过调节电位器，使Rb2阻值变化，进而调节Ib，控制输出电压，满足0～3v连续可调。

LC并联电路fo=   kHz，fo=   ，可调节C1改变fo。由于变压器线圈绕组固定，变比不能改变，且考虑到C1电容值对输出波形的影响较大，因此不能完全满足fo=30kHz要求。

八、调试问题及解决方案

（一）、由于变压器线圈固定，原设计电路L3与Ro部分改为直接从三极管集电极取信号，加一电容隔直流通交流。

（二）、静态IE始终达不到10mA。

反馈信号大，三极管饱和，降低反馈电压，Re=VE\IE，提高Re1，减小放大倍数。减小Re1阻值为470Ω时，测得IE=9mA，基本满足要求。

（三）、连接好后发现无波形：

1、电容接触不实，线路未连接好

2、示波器错按CH2通道，因此无波形显示。检查电路并连接，按下CH1后显示波形。

（四）、波形出现失真现象：

电容偏大。调节电路中各电容值，换上474、104等。

（五）、缺少合适的电容：

电容串联减小，并联增大。由于缺少小电容，采用现有电容串联。LC反馈振荡电路中C1对波形影响较明显，采用474和473电容，波形均有失真。本组用474电容与224电容并联，电容值达到694μf，对失真有很好改善。

（六）、输出波形连续可调问题：

采用电位器，连续变阻改变输入电流进而实现连续可调。开始用电位器替换Rb1，不能实现0v。后用电位器替换Rb2，在阻值2.4kΩ～5.5kΩ间可实现Vo由0v连续变化为3v。且此电路调节范围较大，继续增加电位器电阻值，可进一步增加Vo，达到10v。

（七）、变压器同名端无法确定：

1、目测：标有白色圆点标记的为同名端，确定同名端正负即可。或观察变压器线圈绕向，如图，

绕向相同则ab为同名端。

2、如图，

给变压器加5v交流电压，用示波器测量ab端波形相位，若同相则为同名端，反相则另一端为同名端。

3、给变压器加5v交流电压，用万用表测ab端电压，若小于5v，则ab两端为同名端；若等于5v，则另一端为同名端。

（八）、给变压器加电压出现的问题：

为测变压器同名端，我们给变压器两端加电压，发现万用表测不到电压值，变压器发热差点烧坏。原因是直接给变压器接在直流电压源上。应该接交流低电压测量。

九、课程设计心得体会

模拟电子电路课程是我们专业的一门基本课程，但我觉得学起来不太容易，而且不知道是做什么用的。假期布置这项课程设计，正是对应用方面的补充，我们可以运用所学的知识并自己查找相关知识点完成设计。设计的电路让我对相关知识点加深了理解，增加了实验操作能力和解决问题的能力。而我从实验设计的过程中学到的更多，在设计中用到仿真软件，用到其他书本的知识，都锻炼了我自我学习和探索的能力。

假期的设计让我对模电有了一个复习和回顾的过程，在假期中遇到的一些设计问题还可以和同学讨论，同时能利用网络资源查找相关知识。

开学的实验设计课真正开始运用知识解决问题，设计电路，进行试验，实验过程中遇到的理论问题和操作问题自己探索着去一个个解决。另外分组实验的形式很好，同组的组员可以互相研究、讨论、分工，取长补短发现问题。每组之间也可以互相探讨，因为每组的课题不同，所用到的知识、遇到的问题也不同，讨论后就能学到更多的东西。

这门课的流程也很好：下发课题，我们能尽早对课题有了解并开始思考；答疑课，让我对要做的课题有了大致了解，对相关要求、参数、设计方向等心中有数；假期论文，把课题分成几阶段研究，不会全堆在开学设计；实验答辩，每次都是一次学习，不懂的地方也能及时向老师寻求指导；仿真，是实验操作的补充；实验报告，对实验过程总结分析，是一份收获。

这门课带给我们的收获非常多，希望这门课能继续开下去，我们能多一些这样的设计机会。我也有几点建议：

1、 在分组时要求组别之间相互交流学习，让大家能学到更多东西而不是只了解自己的实验；

2、 每次上课时希望老师适当给于指导。我的老师给了我适当引导和指导，对我们设计实验很有帮助。我们需要自己思考，但也希望老师们能给我们一些点拨和指导；

3、 许多同学实验用到的器件缺少，希望能尽量全；

4、 课上更严格要求我们，珍惜课上时间去完成设计。