电子技术课程设计简易信号发生器汇总.docx

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电子技术课程设计简易信号发生器汇总

一．设计题目：

信号发生器

二．设计要求：

可以产生正弦波、三角波和方波；输出频率和幅度可以在一定范围内连续可调；频率稳定度较高。

设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。

三．题目分析：

1．方波、三角波、正弦波发生器方案

1.1方案一原理框图

图1方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图

首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。

1.2方案二原理框图

积分电路

电压比较器

RC正弦波振荡电路

图2正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图

RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。

先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。

此电路具有良好的正弦波和方波信号。

但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。

原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。

若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。

1.3函数发生器的选择方案

函数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，本课题未采用单片函数发生器模块8038。

方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。

而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。

综上所述，我们选择方案一。

2．各组成部分的工作原理

2.1方波发生电路的工作原理

图3由555定时器组成的多谐振荡器

利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。

用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。

接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C2通过R2、Rp放电，Vc下降。

当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。

电容器C2放电所需的时间为

tpL=（R2+Rp）C2ln2（3-1）当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2、Rp向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为

tpH=（R1+R2+Rp）C2ln2=0.7（R1+R2+Rp）C2（3-2）

当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。

其震荡频率为

f=1/（tpL+tpH）=1.43/（R1+2R2+2Rp）C2（3-3）

2.2方波--三角波转换电路的工作原理

图4积分电路产生三角波

RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。

在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。

此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。

由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图4所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。

其基本原理是电容的充放电原理。

2.3三角波--正弦波转换电路的工作原理

图5三角波产生正弦波原理图

原理：

采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。

四．整体构思：

通过以上分析及方案的选择，设计如下电路图实现功能：

图6函数发生器总电路图

总电路图的原理：

555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R1→RP→R2→C2；C2的放电回路是C2→R2→RP→IC的7脚（放电管）。

由于R2+RP》R1，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。

按图所示元件参数，其频率为500Hz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。

方波信号经R3、C4积分网络后，输出三角波。

三角波再经R4、C5、R5、C6低通滤波电路，输出近似的正弦波。

C7是电源滤波电容。

发光二极管LED1用作电源指示灯。

五．具体实现：

1.Multisim11.0进行电路仿真

用Multisim11电路仿真软件进行仿真。

从Multisim11仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器。

仿真电路截图如下：

图7函数发生器仿真电路图

1.1输出方波电路的仿真

接通电源后，可得如图8所示的输出方波仿真图。

图8输出方波电路的仿真

1.2方波—三角波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图9所示的方波转三角波波形仿真图。

（a）

（b）

图9方波转三角波波形仿真图（a）方波，（b）三角波

1.3方波—正弦波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图10所示的三角波转正弦波波形仿真图。

图10三角波转正弦波形图

1.4波形汇总

在电脑上仿真出最终三个波形如下图11所示。

图11同时出现三个波形

仿真结果完全符合设计要求，说明电路图可行。

2.AltiumDesignerSummer09画电路板

2．1下面是用AltiumDesignerSummer09软件画电路板的原理图和实际布线图。

（a）PCB原理图

（b）pcb布线图

（c）打印输出pcb背面布线图

图11AltiumDesignerSummer09画电路板

六．各部分定性说明以及定量计算：

由前面的方案分析，其震荡频率为f=1/（tpL+tpH）=1.43/（R1+2R3+2Rp）C2带入各个数值，可得其频率的范围为179Hz—714Hz。

七．设计心得体会：

通过对函数信号发生器的设计，使我对模电，数电的基本知识的使用更加熟练，同时也增加了我对它们的一些认识，在作业完成过程中通过和同学的交流，也增加了合作的技巧。

通过查阅以下资料也学到了一些课本上没有的东西，拓宽了自己的知识面，增加了学好电子方面课程的信心。

在这次课程设计中，我真正体会到了合作的重要性，遇到很多问题时，当我看书查资料不能解决时，这是去找同学讨论一下，收获很大，可以使很多问题迎刃而解，直到问题最终解决。

不可否认，本设计存在不少缺点和不足，但通过这次课程设计的却找出了自己在学习上的不足，对以后的工作也有指导作用。

我相信在以后的学习中会克服这些不足，使自己的设计能力进一步提高！

九．参考文献：

[1]数字电子技术基础/夏路易主编.-北京：

科学出版社，2010.8

[2]模拟电子技术基础/毕满清主编.—北京：

电子工业出版社，2008.6