高频实验函数信号发生器设计报告.docx

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高频实验函数信号发生器设计报告

一．设计

1．设计指标

2．设计目的

二．总电路及原理

三．各部分组成及原理

1．原理框图

2．方波发生电路

3．三角波产生电路

4.正弦波电路

四．实物图

五．原件清单

六．心得体会

一．设计

设计指标

1）可产生方波、三角波、正弦波。

并测试、调试、组装。

2）方波幅值<=24V且频率可调在10hz-10khz,三角波幅值可调为8V,正弦波幅值可调为2V

3）使用741芯片完成此电路

4）电路焊接美观大方，走线布局合理

设计目的

1）．掌握电子系统的一般设计方法

2）．掌握模拟IC器件的应用

3）．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4）．掌握常用元器件的识别和测试

5）．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

二．总电路及原理

由RC构成振荡电路，反相滞回比较器产生矩形波，两者构成方波发生电路，方波经积分器产生三角波，三角波由滤波器产生正弦波，两级滤波产生更好的正弦波。

三．各部分组成及原理

原理框图

1.方波发生电路

电路简介

方波发生电路主要由两部分构成

1.反相输入滞回比较器2.RC振荡电路

若开始滞回比较器输出电压为U1，此时运放同相输入端电压为UP=U1*R3/（R3+R4）同时U1通过R2对电容充电，当电容电压达到同相端的电压时输出电压变为-U1，同时同相端电压变为-UP，由于电容电压大于输出端电压所以电容通过R1放电，当电容电压等于-UP时输出电压又变为U1，同相端电压变为UP，此时输出电压通过R1对电容进行充电，整个过程不断重复形成自激振荡，由于电容充电时间与放电时间相同，故占空比为50%，形成方波。

利用一阶电路的三要素法列方程求得振荡周期为

T=2R1C5in（1+2R3/R4）

运放采用双电源+12V、-12V,输出正弦波幅值为14V左右

注意事项

电路中的稳压管可以起到调节电压幅值并稳定电压的作用，经运放输出端接的R2可以起到稳定波形的作用，但不宜过大，此电路中应不超过500Ω。

另外由于运放为741芯片，故波的频率不会很高，此电路应为一个低频电路。

调节R4/R3的比值,C5,R1的阻值均可以调节电路的频率，但要调节幅值的同时不改变波的频率就只能通过稳压管调节，此为电路的缺陷之一

当电路的频率过低或过高时，都会造成输出方波的顶部失真，为了后续的三角波质量尽量的好，用示波器观察波形时应将失真减小的最少。

所以电路中的电位器应先从大值取起，当确定大致的取值范围后，再选用阻值更精确即更小的电位器步步逼近，确定最佳值。

2.三角波产生电路

电路简介

方波产生电路由一个简单的积分电路组成，积分电路对低频啊信号增益大，对高频信号增益小，当信号频率趋于无穷大时增益为零，故实现了滤波功能，为了三角波更加的纯洁，即频率成分更加单一，加上了一个电阻R7为附加低频滤波电路。

电路如图所示。

产生的方波经过R5和C1构成的积分电路积分，积分电路公式

U=U1（t1-t2）+U（t1）

其中U1为方波值，U（t1）为电路输出端初值。

注意事项

由积分电路公式可知调节R5*C1的值可改变三角波的值，输出的三角波的频率与方波的频率是相同的。

由于三角波的频率随方波的频率，故此电路可通过调节方波的频率来调节三角波的频率，但这也正是此电路的缺点所在，由于方波再调节频率时会改变周期，故将三角波积分电路的一次积分时间（t1-t2）也改变了，由公式可知三角波的幅值也会改变，所以此电路的幅值与频率不能单独调节

调节电路时需注意电容的取值是能否正常积分的关键，若太小时由公式有幅值将会变大，但此时电路根本无法正常积分，若太大则幅值过小，不能符合三角波幅值达到8V的要求。

经过仿真测试R1=8.7k、R2=0.84k、R3=1k、R4=9.3k、R5=6k、R6=10k、R7=26.5k、C1=1u、C5=2u时三角波效果较理想。

在实际电路中，有可能出现三角波有弧度类似与正弦波的情况。

出现这种情况有两方面的原因

方波失真较严重，且有可能方波类似于梯形

三角波电路的滤波功能太差，应首先调节电容值。

3.正弦波电路

电路简介

可以看到正弦波电路由两级滤波电路组成。

按傅里叶级数可将三角波U展开成

U=8/（π）2Um（sinwt-1/9sin3wt+1/25sin5wt-…….）

上式表明三角波的基波频率就是其原频率，所含谐波的最低频率是三次波，因此可以利用低通滤波器或带通滤波器将三角波转换为正弦波，称之为滤波法。

上图就是一个二阶低通滤波器。

注意事项

由于参数的设置和前面三角波频率的改变，一次滤波很难得到波形较好的正弦波，因此采用两次滤波，较易得到较好的正弦波。

为了正弦波频率变化的连续性即不失真调节，应将三角波的频率范围得到，将三角波的最小频率极为f1,则每一级的滤波电路的最高频率都不应超过

3f1,但在实测中三角波的频率随正弦波的频率最小只有10HZ左右，3f1=30HZ左右，造成正弦波电路的频率范围太小。

故可取三角波的中间频率500-700HZ作为三角波基波频率。

四．实物图与仿真图

五．原件清单

100Ω1个

500Ω1个

1k5个

2k4个

5k1个

25k1个

可变电容10uF1个

1.0uF3个

稳压管5V2个

7414个

六．心得体会

实际上课程设计就是要把课堂上的知识化为实际的产物，通过这次的课程设计我初步的掌握了电路设计的基本方法，也锻炼了我的动手能力。

在制作电路之前，我就进行了4天的仿真，由于仿真时可以改变运放的参数，我就随意的改变了一些参数，仿真做的很成功，但制作电路时我才认识到我改变参数的做法导致电路根本无法起振，在调试的过程中也遇到了很多意想不到的情况。

光是芯片就烧了两片，且经常遇到短路的情况。

这让我意识到搭建电路是必须要先合理的布局，不然到时会造成很多不必要的麻烦。

其次是当波形出不来时对电路检查技巧掌握的不到位也让我吃到很多苦头，如调节电阻的问题，首先要分析问题，就是看波形的情况，然后通过电路分析，应该怎么调节，但很多时候就不会去分析，想当然的认为是那个电阻出问题了，这一项让我浪费了大量的时间，也让我很受打击。

方波模块完成后，我才发现由于频率太高导致三角波严重失真到变成正弦波，最后不得不再次仿真确定方波电路的各个电阻的取值范围。

而我最后也将电阻基本换成了电位器。

由于仿真和实际电路的差别，最后的波形当然不如仿真时的波形。

在这个过程中让我学到了很多东西。

一定要足够耐心，足够细心。

要通过多学多练来达到学以致用。

看到自己的水平和与别人的差距，在今后的学习中我一定努力的提高自己。

参考教材

华成英主编《模拟电子技术基本教程》

童诗白《模拟电子技术基础》

康华光《电子技术基础》

指导老师意见：

教师签名：

成绩：

年月日