函数发生器课程设计Word文档下载推荐.docx
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5.3电路实验结果
6.总结体会
7.参考文献
这一学期学习了模电课程，为进一步掌握模电的基本理论及实验调试技术，本小组进行了这次课程设计，主要说明采用运算放大器与独立的模拟器件共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法与调试。
在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。
信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。
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。
本课设采用先产生正弦波，再将正弦波变换成方波，然后由积分电路把方波变成三角波。
2.设计的要求
•设计电路原理图并画出；
•能同时输出一定频率一定幅度的3种波形：
正弦波、和三角波；
•输出正弦波时，输出电压峰峰值为3V，输出波形频率为10Hz～10KHz可调；
•输出方波时，输出波形峰峰值14V，输出波形频率为10Hz～10KHz可调；
•输出三角波时，输出波形峰峰值5V，输出波形频率为10Hz～10KHz可调。
•对电路进行仿真和调试；
•在制作过程中发现问题并能解决问题
3单元电路的设计与调试
3.1正弦波产生电路
3.1.1正弦波振荡器的基本结构与工作原理
正弦波振荡器是一个没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输出信号的电路，它由一个基本放大器和一个带有选频功能的正反馈网络组成。
电路接通电源的一瞬间，由于电路中电流从零突变到某一值，它包含着很多的交流谐波，经选频网络选出频率为fo的信号，一方面由输出端输出，另一方面经正反馈网络传送回到输入端，经放大和选频，这样周而复始，不断地反复，只要反馈信号大于初始信号，振荡逐渐变强起来。
3.1.2产生振荡的条件
（1）振荡平衡条件
要使振荡器输出信号
维持稳定的输出，必须使再次反馈回输入端信号
和原来输入端的信号
相等，即:
又有
得
由于
所以振荡平衡条件为:
设
则
即：
……………………………………………………幅度平衡条件
…）…………………………………………相位平衡条件
一个振荡器只有同时满足这两个条件，才能振荡。
（2）振荡起振条件
振荡器满足平衡条件时，
输出信号幅度保持不变。
但在振荡器刚开始振荡时，信号非常微弱，如仅是
振荡器将不能起振。
必须使每次反馈回来的信号大于原来的输入信号，即
。
振荡才能由弱到强建立起来。
所以振荡起振条件应为
>
1。
3.1.3RC正弦波振荡电路
由于RC正弦波振荡电路具有电路简单、易起振、频率可调等特点被大量应用与低频振荡电路，所以我们采用RC正弦波振荡电路产生正弦波。
电子电路图如图2-1所示：
图2-1RC正弦波振荡电路（Page146）
如图所示，根据设计要求可选择电阻R1，R2均为15k，R4为100k的可调电位器。
电容C1和C2为0.22F，D1，D2为1N4001，采用的集成运放为MC4558。
R1、C1、R2、C2组成RC串并联网络形成正反馈，运放、R4、R5、D1、D2组成同相比例放大器，D1，D2具有稳幅作用。
在此电路中，由RC串、并联网络组成正反馈支路和选频网络，这部分电路决定了电路的振荡频率；
由R4、D1、D2和R5组成负反馈支路和稳幅环节。
负反馈电路控制运算放大器的增益。
反馈过深，不易起振，反馈过小，容易造成波形失真。
调节R4为适当值，电路即能起振，输出正弦波，并利用D1、D2的非线性实现稳幅。
并联电阻R5有改善二极管非线形引起波形失真的作用。
在实际应用中，常选取RC串并联网络两个支路中的R、C相同，当R选用同轴双连电位器，即可以实现振荡频率的连续可调，输出正弦波的频率为:
3.1.4RC正弦波振荡器的调试
按上述电路图接好电路图在仿真仿真软件中仿真，仿真步骤如下：
1）调节电位器R4，用示波器观察输出波形UO直到出现正弦波，记录波形，并测量输出电压UO的最大不失真电压幅度，波形的周期T。
2）调节电位器RP，观察其对输出波形的影响。
3）测量频率。
将输出UO接示波器Y轴输入端，标准信号源（正弦波）输出端接示波器X轴输入端，将示波器改为“X-Y”显示方式，这时读出标准信号源的频率即是振荡器的输出频率f。
用Multisim10.0对电路进行仿真得到图2-2仿真波形
图2-2
从图中可得出产生的正弦波最大值Umax=1.5V;
T=5ms×
4.2=21ms.
F0=1/T=48Hz.
仿真得出的数据与理论计算一样，电路正确。
2.2方波产生电路
方波发生器的基本结构与工作原理
如图2-3所示的方波发生器电路，其中R2与Rf组成负反馈支路，运放同相端的电压为：
电阻R1、Rp和电容C组成运放的正反馈支路。
当电容C的端电压VC（等于运放的反向端电压V-）大于V+时，输出电压VO＝-VZ（双向稳压管VD的限幅电压），则电容C经电阻R1、Rp放电，VC下降。
当VC下降到比V+小时，比较器的输出电压VO=+VZ，电容C又经过电阻R1、Rp充电，电容的端电压VC又开始上升，如此反复，则输出电压VO为周期性方波。
方波的频率为
调节电路中的Rp可以改变频率。
图2-3方波发生器
三角波发生器的结构与基本工作原理
图2-5三角波发生器电路（反相积分电路）
其工作原理如下：
当运算放大器开环电压增益足够大时，可认为
其中又由虚短和虚断，得：
式中，τ＝RC，称为积分器的时间常数。
图3-1函数信号发生器总原理图
通过看示波器波形，可得出正弦波发生器中电位器调到R4调到50K时开始起振，调大R4则不能起振，而调到40K时波形出现失真，起振是由弱变强的。
总电路的频率有R1，C1，R2，C2决定，令R1=R2，C1=C2，
如图R为15K，C为0.22uF，可算出频率为50Hz,所有可通过减小电容值来增大频率，如C为0.001uF时，频率为10.6kHz，满足要求。
5电路的安装与调试结果
5.1.1元器件的选用规格
标号
元器件名称
规格与型号
D1
整流二极管
1N4001
D2
D3
稳压二极管
1N4734
D4
A1
集成运算放大器
MC4558
A2
A3
LM324
R1
电阻
15k1/8W
R2
R3
3301/8W
R4
100k1/8W
R5
10k1/8W
R6
R7
R8
5.6k1/8W
R9
R10
R11
R12
R13
R14
RP1
双联线性电位器
150k
RP2
电位器
100k
RP3
20k
C1
电容
0.22F
C2
0.022uF
C3
0.0022F
C4
0.22uF
S1
转换开关
S2
5.1.2实践制作工具及仪器仪表
普通万用表1只，双路直流稳压电源，双踪示波器一台。
4.1电路功能调试
1）按上述制作步骤完整接好原理电路并复查，通电检测。
2）分别将两组电源调至15V，注意两组电源与MC4558的接法。
3）拨动转换开关S2，用示波器分别观察正弦波、方波和三角波三种波形，若波形失真，可通过调节RP2来改善波形。
在坐标纸上绘制出电路产生的三种波形，分别测量波形输出电压的幅度并记录。
4）调整电位器RP1和拨动转换开关S1，测量各种波形的输出频率变化范围。
5）调整电位器RP2，测量输出电压变化范围。
5.2电路实验结果
函数信号发生器电路的实验的结果
类别
输出电压
输出频率
设计值
实际值
正弦波
0～1.5V
0～1.4V
10HZ～10kHZ
62HZ～10.3kHZ
方波
0～7V
0～7.2V
三角波
0～2.5V
0～2.1V
6总结体会
《电工学》是非常重要的专业基础课，课程设计是在学完这门课程之后对所学知识的一次检测。
通过这次课程设计不仅加深了对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。
通过这段时间不懈的努力与切实追求，我做完了课程设计。
通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；
学会了使用仿真软件对原理电路进行仿真；
熟悉了常用的仪器仪表；
了解了电路的连接；
以及如何提高电路的性能等等。
其次，这次课程设计让我懂得了坚持就是胜利，在困难面前不要轻言放弃，要勇于面对问题，并想法设法解决问题。
在实验过程中，遇到了不少的问题。
比如：
波形失真严重，甚至不出波形这样的问题。
但是最后在老师和同学的帮助以及自己的不断努力下，把问题一一解决了，那种心情别提有多高兴啊。
实验中暴露出我在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，通过课程设计加深了我对所学知识的理解。
期末考试也临近了，顺便也复习。
评语
评审人:
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