函数信号发生器.docx
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函数信号发生器
课程设计报告
题目：
函数信号发生器的设计
课程名称：
模拟电子技术
学院：
信息工程学院
专业：
电子信息工程
班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
开课时间：
2016-2017学年2学期
函数信号发生器的设计
[摘要]函数信号发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。
在现代社会中，随着科学技术不断发展，函数信号发生器使用于社会生产的各个领域中，高精度，宽频率，高稳定性的信号发生器对于所属系统体系性能的改善和提高起着至关重要的作用。
传统的函数信号发生器的波形信号稳定性差信号失真度大。
而现在的函数信号发生器具有输出频率高，波形稳定，失真小等特点，不仅可以融会贯通所学知识，还可以在今后的工作中参考，用来制备控制。
在研制，生产，测试和维修各种电子元件，部件以及整体设备时，都要有信号源，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。
函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。
它可以产生多种波形信号，如方波，三角波，正弦波等，因此此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识，从绘图，制板，焊接到调试，以LM747芯片为核心器件，来制作一个能同时输出方波，三角波，正弦波的信号发生器。
关键词：
函数信号发生器、方波、三角波、正弦波、747芯片
Designoffunctiongenerator
AbstractFunctiongeneratorasacommonlyusedsignalsource,isthefieldofmoderntestingthemostwidelyusedoneofthegeneralequipment.Inmodernsociety,withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,thefunctiongeneratorusedinvariousfieldsofsocialproduction,highprecision,widefrequency,highstabilityofthesignalgeneratorforthesystemperformanceImportantimprovementrole.Thetraditionalsignalgeneratorwaveformstabilitypoorsignaldistortion.Andnowthesignalgeneratorwithhighoutputfrequency,waveformstability,distortionandothercharacteristics,notonlycanbelearnedthroughtheknowledge,butalsointhefutureworkofreference,usedtopreparecontrol.
Inthedevelopment,production,testingandmaintenanceofvariouselectroniccomponents,componentsandtheoverallequipment,theremustbeasignalsource,whichproducesdifferentfrequency,differentwaveformvoltage,addedtothedeviceundertestorequipment,withtheotherinstrumentmeasuresandmeasurestheoutputresponseoftheinstrumentundertesttodeterminetheirperformanceparameters.Functiongeneratoristhemostbasicinthefieldofelectronicmeasurement,themostwidelyusedclassofelectronicequipment.Itcanproduceavarietyofwaveformsignals,suchassquarewave,triangularwave,sinewave,etc.,sothecoursedesignedtouseanalogelectronictechnologyknowledge,fromdrawing,plate,weldingtodebugging,747chipasthecoredevicetoproduceasignalgeneratorthatcanoutputsquarewave,triangularwaveandsinewaveatthesametime.
Keywords:
Functiongenerator、squarewaves、trianglewaves、sinewaves、747chip
目录
第一章函数信号发生器总方案及原理框图1
1.1原理框图1
1.2函数信号发生器的总方案1
第二章设计的目的及任务2
2.1课程设计的目的2
2.2课程设计的任务及要求2
2.3课程设计的技术指标2
2.4成绩评定（优、良、中、差、及格、不及格）2
2.5时间安排2
第三章各部分电路设计3
3.1方波发生电路的工作原理3
3.2方波——三角波转换电路的工作原理4
3.3三角波——正弦波转换电路的工作原理5
3.4电路的参数选择及计算7
3.5总电路图7
第四章PCB板制作8
4.1绘制PCB图8
4.2影印电路板8
4.3腐蚀电路板9
4.4焊接电路板10
第五章电路的安装与调试12
5.1方波——三角波发生电路的安装与调试12
5.1.1安装方波——三角波产生电路12
5.1.2调试方波——三角波产生电路12
5.2三角波——正弦波转换电路的安装与调试12
5.2.1安装三角波——正弦波变换电路12
5.2.2调试三角波——正弦波变换电路12
5.3总电路的安装与调试13
5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法13
第六章电路的实验结果14
6.1方波——三角波发生电路的实验结果14
6.2三角波——正弦波转换电路的实验结果15
6.3实验电路波形、误差分析及改进方法16
第七章仪器仪表明细清单20
第八章总结21
8.1结论21
8.2展望21
致谢21
参考文献21
第一章函数信号发生器总方案及原理框图
1.1原理框图
图1-1
1.2函数信号发生器的总方案
函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。
为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
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。
本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，
本课题中函数信号发生器电路组成框图如下所示：
由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，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曲线的非线性。
第二章设计的目的及任务
2.1课程设计的目的
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
2.2课程设计的任务及要求
设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器
2.3课程设计的技术指标
1．设计、组装、调试函数信号发生器；
2．输出波形：
正弦波、方波、三角波；
3．频率范围：
在10－10000Hz范围内可调；
4．输出电压：
方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ>1V。
2.4成绩评定（优、良、中、差、及格、不及格）
1.课程设计报告40%
2.电路板安装、调试、答辩40%
3.学习态度20%
2.5时间安排
周一
周二
周三
周四
周五
第17.5周
查阅资料
查阅资料
查阅资料
设计电路
绘制PCB图制作PCB板
第18周
焊接
调试
调试
答辩
报告撰写
第三章各部分电路设计
3.1方波发生电路的工作原理
图3-1
此电路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，又作为正反馈电路。
当集成运算电路UA747CN的同相端大于反相端时，输出正向电压，则同相输入端电位与输出端电压一致。
因为电压是从-5V变为+5V,所以会有电流的通过，然后电流通过电容C进行正向充电，反相输入端电位随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，输出的正向电压趋于电源最大值，此时输出的正向电压会渐跃到负向最大值,与此同时输入端也会使之变化，此时反相端大于同相端，输出电压为负电压，周而复始，电容又开始正相充电，电路产生了自激振荡，输出方波。
3.2方波——三角波转换电路的工作原理
图3-2
上图所示电路能自动产生方波—三角波。
原理：
当a点断开，A1与R1、R2、RP1组成电压比较器，R1为平衡电阻，C1可加速比较器的翻转。
A1反相端接基准电压，同相端接输入电压；比较器的输出Uo1高电平等于+VCC,低电平等于-VEE，当比较器V+=V-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平，或从低电平跳到高电平。
设Uo1=+VCC，则
所以
其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为
当Uo1=+VCC时
当Uo1=-VEE时
可见，当积分器输入为方波时，输出的是一个上升速率与下降速率相等的三角波，波形如下图所示。
a点闭合，形成闭环电路，则自动产生方波—三角波。
三角波的幅度
方波-三角波的频率为
由上分析可知：
①电位器RP2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，通过C2可以改变频率的范围。
②方波的输出幅度应等于电源电压。
三角波的输出幅度应不超过电源电压。
电位器RP1可实现幅度上下微调，但会影响波形的频率。
3.3三角波——正弦波转换电路的工作原理
图3-3
比较器U1与积分器U2的元件计算如下。
由式（3-61）得
即
取
，则
，取
，RP1为47KΩ的电位器。
区平衡电阻
由式（3-62）
即
当
时，取
，则
，取
，为100KΩ电位器。
当
时，取
以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。
取平衡电阻
。
3.4电路的参数选择及计算
三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是：
隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取
，滤波电容
视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，
可取得较小，
一般为几十皮法至0.1微法。
RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。
差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。
3.5总电路图
图3-4
第四章PCB板制作
4.1绘制PCB图
查找所用元器件，进行排列摆放，连线时避免跳线。
4.2影印电路板
切割电路板，将绘制好的PCB图用油纸打印出来，牢牢粘贴在板子上，进行烘烤，来回三遍即可，防止时间过长，板子上的碳墨脱落。
4.3腐蚀电路板
将烘烤好的电路板冷却后，撕开油纸，在板子上钻一个小孔，用导线勾住，放进腐蚀槽，进行腐蚀，时间大约为四十分钟。
4.4焊接电路板
找齐所需要的元器件，标清楚正负极，以及元件摆布的方向和顺序，在电路板上合理放置，进行焊接。
第五章电路的安装与调试
5.1方波——三角波发生电路的安装与调试
5.1.1安装方波——三角波产生电路
1.把两块747集成块插入面包板，注意布局；
2.分别把各电阻对应放入适当位置，注意电位器的接法及电容正负极；
3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。
5.1.2调试方波——三角波产生电路
1.接入电源后，用示波器进行观察；
2.调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；
3.调节RP2，微调波形的频率；
4.观察示波器，各指标达到要求后进行下一部安装。
5.2三角波——正弦波转换电路的安装与调试
5.2.1安装三角波——正弦波变换电路
1.在电路板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；
2.搭生成直流源电路，注意R*的阻值选取；
3.接入各电容及电位器，注意C6的选取；
4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。
5.2.2调试三角波——正弦波变换电路
1）接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；
2）测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；
3）测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；
4）在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压。
5.3总电路的安装与调试
1.把两部分的电路接好，进行整体测试、观察。
2.针对各阶段出现的问题，依次检查电路，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。
5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法
问题：
1.调试无法出现波形；
2.示波器上出现的波信号不稳定；
3.频率增大时，正弦波和方波幅度不变，三角波幅度明显减小。
解决办法：
1.用数字万用表检查电路板是否通路，发现一根导线断了。
2.检查电路板背面焊点存在虚焊现象，再逐次检查焊接饱满。
3.改变积分时间常数的大小。
同步减小C1或者Rw1，延长积分时间。
第六章电路的实验结果
6.1方波——三角波发生电路的实验结果
图6-1
图6-2
6.2三角波——正弦波转换电路的实验结果
图6-3
图6-4
6.3实验电路波形、误差分析及改进方法
6.3.第一次调试失真的波形如图6-5
图6-5
通过旋转RP1和RP2，调整后的波形如图6-6所示。
图6-6
6.3.2第一次调试失真的波形如图6-7
图6-7
通过旋转RP1和RP2，调节后的波形如图6-8。
图6-8
6.3.3第一次调试失真的波形如图6-9
图6-9
通过旋转RP4，调整后的波形如图6-10。
图6-10
第七章仪器仪表明细清单
表8-1
仪器名称
数量
1.直流稳压电源
1台
2.双踪示波器
1台
3.UA747芯片
1个
4.芯片底座
1个
5.滑变50k（503）
2个
6.滑变50k（104）
2个
7.470μF电容器
2个
8.47μF电容器
1个
9.10μF电容
1个
10.1μF（105）电容器
1个
11.0.1μF（104）电容器
1个
12.10K电阻
3个
13.20K电阻
3个
14.2K电阻
2个
15.6.8K电阻
1个
16.8欧电阻
1个
17.100K电阻
1个
18.5.1K电阻
1个
19.三角开关
1个
20.三极管
4个
21.电路板
1块
22.电烙铁
1把
23.焊接丝
若干
24.电源线
7根
第八章总结
8.1结论
8.2展望
致谢
参考文献
[1]《模拟电子技术实验》张国恒编西北名族大学电气工程学院
[2]《模拟电子技术基础实验与课程设计》李万臣编哈尔滨工程大学出版社
[3]《模拟电子技术基础》华成英编高等教育出版社
[4]《电子技术实验》董平编电子工业出版社
[5]《模拟电子技术基础》童诗白编（第四版）高等教育出版社
[6]《模拟电子技术实验及综合实训教程》于卫编华中科技大学出版社
[7]《电子技术基础.模拟部分》康华光编高等教育出版社
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