函数信号发生器设计.docx
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函数信号发生器设计
大庆石油学院
课程设计
课程电子技术课程设计
题目函数信号发生器
院系电气信息工程学院测控系
专业班级
指导教师曹广华（教授）邹彦艳（讲师）
2009年7月3日
大庆石油学院课程设计任务书
课程电子技术课程设计
题目函数信号发生器
专业测控技术与仪器
1、电路设计：
查阅资料完成函数信号发生器和测量放大器的设计任务。
信号发生器要求输出方波、正弦波、三角波，电路供电电源为
。
测量放大器双端输入单端输出，高精度、高共模抑制比。
2、电路焊接练习：
本次课程设计需要完成两个电路焊接任务，电路一，占空比可调的波形发生器；电路二，收音机电路焊接与安装。
二、基本要求：
函数信号发生器设计要求：
1、输出频率在1K~10KHZ范围内连续可调；
2、方波输出电压峰—峰值为12V，占空比可调范围30％～70％，三角波输出电压峰—峰值为8V（误差<20%），正弦波电压峰—峰值
，无明显失真；
3、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、无源元器件计算数值，有源元件给出芯片引脚图，表明管脚。
测量放大器设计要求：
1、双端输入单端输出，高精度、高共模抑制比；
2、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理，有源元件给出芯片引脚图，表明管脚。
三、主要参考资料：
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2001.
[2]冯民昌.模拟集成电路系统[M].中国铁道出版社,1998.
[3]赵保经.中国集成电路大全[M].国防工业出版社,1985.
[4]王文秀.电子元器件[M].人民邮电出版社,1985.
完成期限2009.6.29—2009.7.10
指导教师曹广华邹彦艳
专业负责人曹广华
2009年6月20日
目录
1、函数信号发生器设计1
1.1、设计要求1
1.2、设计方案1
2、测量放大器电路设计1
2.1、设计要求1
2.2、设计方案1
2.3、单元电路设计及元器件选择1
3、电路焊接练习1
3.1、占空比和频率独立可调的脉冲发生器1
3.2、收音机2
4、总结2
参考文献3
1、函数信号发生器设计
1.1、设计要求
1、输出频率在1K~10KHZ范围内连续可调；
2、方波输出电压峰—峰值为12V，占空比可调范围30％～70％，三角波输出电压峰—峰值为8V（误差<20%），正弦波电压峰—峰值
，无明显失真；
3、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、无源元器件计算数值，有源元件给出芯片引脚图，表明管脚。
1.2、设计方案
一、设计思路
本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。
若采用传统的直接频率合成器完成电路设计，能实现快速频率变换，而且具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。
但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。
ICL8038是一种单片多种信号波形发生器，它内部有一个同时产生方波和三角波的自激振荡器，波形变换电路把三角波变换成正弦波。
改变方波的占空比，方波变成脉冲波，三角波变成锯齿波。
所以选择采用ICL8038单片压控函数发生器，改变ICL8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz～300KHz。
二、总体方案框图
图1基本原理框图
三、基本原理
图2基本原理图
外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B的阈值分别为电源电压（指UCC＋UEE）的2/3和1/3。
恒流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。
当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压uc随时间线性上升，当uc达到电源电压的2/3时，电压比较器A的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设I2＝2I1），恒流源I2将电流2I1加到C上反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压uc又转为直线下降。
当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器B的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源I2断开，I1再给C充电，…如此周而复始，产生振荡。
若调整电路，使I2＝2I1，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。
C上的电压uc，上升与下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚③输出三角波信号。
将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出。
四、单元电路设计及元器件选择
如下图3为ICL8038的管脚图，其中管脚8为频率调节（简称调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。
管脚7输出调频偏置电压，数值是管脚7与电源+Vcc之差，它可作为管脚8的输入电压。
图3ICL8038的管脚图
元器件的选择：
在图2中，通过改变电位器RP2滑动端的位置来调整R3和R4的数值。
当R3=R4时，矩形波的占空比为50%，因而为方波。
当R3≠R4时，矩形波不再是方波，管脚2也就是不再是正弦波了。
根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推到出占空比的表达式为
T1/T=（2R2-R4）/2R3
所以R4<2R3，所以选择R3为3K，R4为3K.
图2中所示两个100K的电位器（即RP3、RP4）和两个10K的电阻（即R1、R2）组成的电路，调整它们可使正弦波的失真度减小到0.5%。
所以选择此设计电路。
2、测量放大器电路设计
2.1、设计要求
1、双端输入单端输出，高精度、高共模抑制比；
2、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理，有源元件给出芯片引脚图，表明管脚。
2.2、设计方案
一、设计思路
在电子系统中，通过传感器或其他途径所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。
而对于测量放大器的设计，需要考虑电路的实际性能，注意电压的分配。
从减少噪声和提高共模抑制比的角度，一般第一级增益要大一些，但同时要注意一级的增益过大，负反馈效果就不明显。
考虑前级运放的带负载能力，R4、R6不能太小。
R阻值的选取和输入阻抗的要求及运放的偏置电流有关。
二、总体方案框图
图1总体方案框图
三、基本原理
测量放大器又称为数据放大器或仪表放大器，它具有高输入阻抗、高共模抑制比等特点，常用于热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量以及其他有较大共模干扰的直流缓变微弱信号的检测。
本电路为三运放测量放大器基本电路，它由两级放大电路组成，第一级是两个对称的同相输入放大器，具有较高的输入阻抗，第二级是减法器。
设运放均为理想运放，则
、
采用高输入阻抗的同相输入放大电路形势，根据虚短概念,有uA=uI1，
，根据虚断概念，
故流过
和两个
为同一电流
，且
，可得
所以输出电压
uo=-Rf/R（uo1-uo2）=-（Rf/R）（1+2R1/R2）（ui1-ui2）
图2三运放测量放大器电路图
2.3、单元电路设计及元器件选择
集成测量放大器AD521的的工作原理与三运放测量放大器类似。
AD512采用标准14引脚、双列直插封装，其引脚说明如图3（a）所示。
引脚4、6之间接调零电位器（10K）的两个固定端；引脚10、13之间接电阻Rs,选用Rs=100ks时，可得到比较稳定的放大倍数；引脚9是补偿端，通常可以悬空。
引脚2、14之间接电阻RG，通过改变RG来调整电压增益。
其基本连接方式如图3（b）所示。
图3AD512引脚及连接
（a）引脚说明；（b）基本连接方式
3、电路焊接练习
3.1、占空比和频率独立可调的脉冲发生器
一、电路图
图1占空比和频率独立可调的脉冲发生器电路图
二、基本原理
IC1为阈值检测器，IC2为积分器，它的输出为三角波。
IC1输出正向电压使IC2输出负向三角波。
当负向三角波达到某一值时其正反馈量使IC1翻转，输出变为负，从而引起IC2输出正向三角波。
由此周而复始，IC1的输入偏置电压和输出饱和电压决定三角波的幅值。
IC3为电压跟随器，100K电位器提供可变的参考电压。
改变参考电压可改变比较器输出脉冲的占空比，而且输出频率不变。
调节10K的变阻器可改变比较器输出脉冲频率。
三、焊接情况及总结
将焊接好后的集成电路板接入电路。
分别将管脚4和11接+12V、-12V，将管脚2和5接地，使滑动变阻器的两端分别接+1V和-1V，在管脚14接上示波器。
检查无误后，开启电源。
并未出现烧坏现象，但示波器上没有波形显现。
总结分析：
没有看到波形可能的原因是个别焊接点不够牢固，出现了断点。
3.2、收音机
一、电路图（见下页）
二、基本原理
图2基本原理框图
无线接收的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率一起迭变频管内混合—变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率（通过差频产生的中频），中频只改变了载波频率，音频包络没变，（中频可有更大放大倍数），信号经检波、滤波、低放、功放后，推动扬声器发声。
三、焊接情况及总结
按电路图插好电路元件，并将其焊实。
将五个焊接断点分别连接。
用导线引出电源正负级，用欧姆表测量导线两端电压，得到大于500的电阻值。
将电池接入电路，调节电容选频，没有搜到频道。
总结分析：
没有搜到频道的主要原因可能是焊接电路有不易发现的断点；或在焊接时由于疏忽改变的电路原有的串并联关系；或是元器件本身存在断路或短路的问题从而导致电路无法正常运行。
4、总结
这一周的实习中，我设计了函数信号发生器的电路以及测量放大器的电路，通过查阅资料，与同学的探讨学习，我对模拟电子电路的应用有了更深层的认识，同时也多掌握了一些课堂上没有学到的知识。
另外，电路焊接练习和收音机的组装也是比较有趣的部分。
我对实际动手操作有着比较多的兴趣，对工种由陌生到熟悉，焊接技术由生疏到渐渐熟练，经历了几个小时的磨练，也小有成果，心里感觉挺有成就感的。
但是没有达到预期的效果，可能是由于操作的失误和不细心，而且还不够娴熟，所以在以后的学习中，我会多练习、多实践，认真细心的做好每件事。
参考文献
[1]许杰.模拟电子线路[M].第一版.北京：
国防工业出版社.2006.196-197
[2]韦琳.图解模拟电路[M].第一版.北京：
科学出版社.2006.156-158
[3]谢礼莹.模拟电路实验技术（上册）[M].第一版.重庆：
重庆大学出版社，2005.85-89
[4]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].第四版.北京：
高等教育出版，2006.449-453
[5]胡斌.电子线路基础轻松入门（第二版）[M].第二版.北京：
人民邮电出版社，2006.339-347
大庆石油学院课程设计成绩评价表
课程名称
电子技术课程设计
题目名称
函数信号发生器
学生姓名
陈立新
学号
070601240205
指导教
师姓名
曹广华
邹彦艳
职称
教授
讲师
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
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