函数信号发生器课程设计报告.docx

函数信号发生器课程设计报告.docx

《函数信号发生器课程设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《函数信号发生器课程设计报告.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

函数信号发生器课程设计报告

漳州师范学院

《模拟电子技术》课程设计

函数信号发生器

姓名：

学号：

系别：

专业：

年级：

指导教师：

2012 年 4 月 3 日

1

函数信号发生器

摘要

利用集成电路 LM324 设计并实现所需技术参数的各种波形发生电

路。

根据电压比较器可以产生方波，方波再继续经过基本积分电路可产

生三角波，三角波经过低通滤波可以产生正弦波。

经测试，所设计波形发生电

路产生的波形与要求大致相符。

关键词：

波形发生器；集成运放；RC 充放电回路；滞回比较器；积分电路

2

中文摘要 ...........................................................................................1

1.系统设计 .......................................................................................4

1.1 设计指标................................................................................................................................4

1.2 方案论证与比较....................................................................................................................4

2.单元电路设计 ...............................................................................5

2.1 方波的设计............................................................................................................................5

2.2 三角波的设计........................................................................................................................8

2.3 正弦波的设计......................................................................................................................10

3．参数选择 ...................................................................................11

3.1 方波电路的元件参数选择...................................................................................................11

4.系统测试 .....................................................................................11

4.1 正弦波波形测试..................................................................................................................11

4.2 方波波形测试......................................................................................................................12

4.3 三角波波形测试..................................................................................................................12

5．结果分析 ...................................................................................12

6．工作总结 ...................................................................................12

7．参考文献 ...................................................................................13

8．附录 ...........................................................................................13

3

1.系统设计

1.1 设计指标

1.1.1 电源特性参数

①输入：

双电源 ± 12V

②输出：

正弦波Vpp >1V，方波Vpp ≈12V，三角波Vpp ≈5V，幅度连续可调，线

性失真小。

1.1.2 工作频率

工作频率范围：

10 HZ～100HZ ,100 HZ～1000HZ

1.2 方案论证与比较

1.2.1 方案 1：

采用集成运放电路设计方案产生要求的波形

主要是应用集成运放 LM324，其芯片的内部结构是由 4 个集成运放所组成的,通

过 RC 文氏电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波,并再次通过积分电

路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路

较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。

1.2.2 方案 2：

采用集成运放电路设计方案产生要求的波形

主要是应用集成运放 LM324,其芯片的内部结构是由 4 个集成运放所组成的,

通过电压比较器可以形成方波,方波经过积分之后可以形成三角波,三角波再经

过低通滤波可以形成正弦波,此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能,电

路较简单,调试方便,相比第一方案,其操作成功率较低.

4

2.单元电路设计

2.1 方波的设计

2.1.1 原理图

+1 2

R2

U1

3

21

R3

0.5K

-12

D1

ZNR

LM3 24A

D2

ZNR

2.1.2 工作原理

矩形波发生电压只有两种状态, 不是高电平 , 就是低电平 , 所

以电压比较器是它的重要成分; 因为产生振荡 , 就是要求输出

的两种状态自动地相互转换, 所以电路中必须引入反馈, 因为

5

输出状态应按一定时间间隔交替变化, 即产生周期性变化 ,

所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间.

6

图所示的矩形波放生电路, 它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 ， 反 相 输 入 端 电 位

随时间 t 增长而逐渐升高，当t 趋 近 于 无 穷 时 ， Un 趋 于

+Uz ； 但 是 ， 一 旦 Un=+Ut, 再 稍 增 大 ， Uo 就 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 ， 或 者 说 放 电 。

 反 相 输 入 端 电 位Un

随时间 t 增长而逐渐降低，当t 趋 于 无 穷 时 ， Un 趋 于 —

Uz ； 但 是 ， 一 旦 Un= — Ut, 再 稍 减 小 ， Uo 就 从 — Uz 跃 变 为

+Uz ， 与 此 同 时 Up 从 — Ut 跃 变 为 +Ut ， 电 容 又 开 始 正 向 充

电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

图 2.3 滞回比较器的电压传输特性

7

图 2.4 方波发生电路的波形

+12

2.3 三角波的设计

2.2.1 原理图

U2

C5+12

R4

Rw3

U3

-12

Rw2

R

-12

DZ

DZ

图 2.3 三角波发生电路原

2.4 三角波发生电路的波形图

Size

Number                                Revisio

8 B

Date:

7-Jun-2008Sheet of

File:

E:

\偶偶 偶\偶偶 \偶偶 偶偶 \偶偶 偶\Backup of DrawnofSheet1.DDB

456

2.2.2 工作原理

积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电

子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测

量 2.6 方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放

电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生.积分电路还可用于延时和定时。

在图 2.3 所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，

在积分运算电路的输出就得到三角波电压。

.

UO3 = -⎰

IC

C

dt = -

1

UO2dt

（式 2.10）

UO3 = -

1

（R4 + RW ）C

UO2 （t1 - t0 ）+ UO2 （t0 ）

（式 2.11）

式中

UO2 （t0 ）

为初始状态时的输出电压。

设初始状态时UO2 正好从-UZ 跃变

为+UZ ，则式 2.10 应写成

UO3 = -

1

（R4 + RW ）C

UZ （t1 - t0 ）+ UO2 （t0 ）

（式 2.12）

积分电路反向积分, UO2 随时间的增长线性下降，根据图 2.4 所示电压传输

特性，一旦UO2 = UT - ，再稍减小，UO2 将从+UZ 跃变为-UZ 。

使得式 2.10 变为

UO3 = -

1

（R4 + RW ）C

UZ （t2 - t1 ）+ UO2 （t1 ）

（式 2.13）

UO2 （t1 ）

为UO2 产生跃变时的输出电压。

积分电路正向积分，UO2 随时间的增

长线性增大，根据图 2.3 的电压传输特性，一旦UO2 = UT + ，再稍增大,UO2 将从

9

-UZ 跃变为+UZ ，回到初态，积分电路又开始反向积分。

10

2.3 正弦波的设计

0.1u F

R7

4K

1K

R8

U1

10

9                 8

C1

0.1u F

1