模拟电子技术课程设计报告.docx
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模拟电子技术课程设计报告
成绩
课程设计报告
题目方波、三角波、正弦波信号
发生器设计
课程名称模拟电子技术课程设计
院部名称机电工程学院
专业10自动化
班级10自动化
学生姓名吉钰源
学号1004104001
课程设计地点C206
课程设计学时1周
指导教师赵国树
金陵科技学院教务处制
1、绪论································································································3
1.1相关背景知识·················································································3
1.2课程设计目的·················································································3
1.3课程设计的任务··············································································3
1.4课程设计的技术指标········································································3
2、信号发生器的基本原理········································································4
2.1总体设计思路·················································································4
2.2原理框图·······················································································4
3、各组成部分的工作原理········································································5
3.1正弦波产生电路·············································································5
3.1.1正弦波产生电路··········································································5
3.1.2正弦波产生电路的工作原理···························································6
3.2正弦波到方波转换电路····································································7
3.2.1正弦波到方波转换电路图······························································7
3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理··················································8
3.3方波到三角波转换电路····································································9
3.3.1方波到三角波转换电路图······························································9
3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理··················································10
4、电路仿真结果···················································································11
4.1正弦波产生电路的仿真结果······························································11
4.2正弦波到方波转换电路的仿真结果····················································11
4.3方波到三角波转换电路的仿真结果·····················································13
5、电路调试结果···················································································13
5.1正弦波产生电路的调试结果······························································13
5.2正弦波到方波转换电路的调试结果·····················································14
5.3方波到三角波转换电路的调试结果·····················································14
6、设计结果分析与总结··········································································15
1、绪论
1.1相关背景知识
由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步。
特别是近50年来，微电子技术和其他高技术的飞速发展，致使农业、工业、科技和国防等领域发生了令人瞩目的变革。
与此同时，电子技术也正在改变着人们日常生活。
在电子技术中，信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。
它是一种不可缺少的通用信号源。
1.2课程设计目的
通过本次课程设计所要达到的目的是：
增进自己对模拟集成电路方面所学知识的理解，提高自己在模拟集成电路应用方面的技能，树立严谨的科学作风，培养自身综合运用理论知识解决实际问题的能力。
通过电路设计初步掌握工程设计方法，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法，为后续课程的学习和今后从事的实际工作提供引导性的背景知识，打下必要的基础。
1.3课程设计的任务
①设计一个方波、三角波、正弦波函数发生器；
②能同时输出一定频率一定幅度的三种波形：
正弦波、方波和三角波；
③用±12V电源供电；
先对课程设计任务进行分析，及根据参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。
在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。
然后运用仿真软件Multisim对电路进行仿真，观察效果并与课题要求的性能指标作对比。
仿真成功后，用实物搭建电路，进行调试，观测示波器输出的波形。
1.4课程设计的技术指标
①设计、组装、调试信号发生器；
②输出波形：
正弦波、方波、三角波；
③频率范围在10Hz~10000Hz范围内可调；
④比较器用LM339,运算放大器用LM324，双向稳压管用两个稳压管代替。
2、信号发生器的基本原理
2.1总体设计思路
本次课程设计要求设计方波、正弦波、三角波函数发生器，产生正弦波、方波、三角波的方案，所以结合课本【1】所学知识，我将设计思路定位如下：
先产生正弦波信号，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波。
其中，根据课本9.6RC正弦波震荡电路可知RC正弦波震荡电路有桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。
这里主要采用桥式振荡电路来产生正弦波，并采用二极管进行稳幅，获得稳定输出的正弦波。
由课本9.8.1电压比较器得，过零比较器是单门限电压比较器，即输入电压Vi每次过零时，输出就要产生突然的变化，在高电位和低电位间相互切换，因而产生了方波。
用集成运放构成的电压比较器可以用加限幅措施，避免内部管子进入深度饱和区，来提高相应速度。
方波的函数表示形式是常数函数，对常数函数进行积分则可以得到一次线性函数，用图像表示为以直线，所以考虑到用积分电路将方波变为三角波。
2.2原理框图
总体框架结构示意图：
已设计信号发生器模拟电路图：
已设计信号发生器实物图：
3、各组成部分的工作原理
3.1正弦波产生电路
3.1.1正弦波产生电路图
3.1.2正弦波产生电路的工作原理
1.电路组成
由上图可知，正弦波由RC桥式振荡电路。
RC桥式振荡电路由选频网络和放大电路组成。
其中，选频网络有RC串、并联组成，属正反馈网络。
放大电路由运放741、电阻R3、R4、R5及两个型号为1N4148的二极管构成。
R3、R4为负反馈网络。
RC串并联网络与R3、R4负反馈支路正好构成一个四臂桥路，中间分别连接到同相和反相两个输入端。
2.原理分析
①选频特性
反馈系数
令Wo=1\RC
得
当
该电路可以输出频率为，RC振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波。
②稳幅措施
采用非线性元件二极管：
起振时，其中R’3是R3、
D1和D2并联支路的等效电阻
稳幅条件：
AvFv=1
3.2正弦波到方波转换电路
3.2.1正弦波到方波转换电路图
3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理
1.电路组成
该电路主要由过零比较器LM339、两只型号为1N4735A的齐纳二极管组成。
2.原理分析
过零比较器其参考电压VREF=0，则输入电压Vi每次过零时，输出就要产生突然的变化，在高、低电位间相互切换。
①电路图
②电压传输特性（过零比较器的特点：
门限电压为零）
解说：
当输入信号电压Vi小于参考电压0时，即差模输入电压Vid=Vi<0时，运放处于负饱和状态，Vo=Vol;当输入信号电压Vi升高到略大于参考电压0V，即Vid=Vi>0，运放立即转入正饱和状态，Vo=Voh。
如上图电压传输特性图所示。
所以，根据过零比较器的特性，有以下输入输出：
3.3方波到三角波转换电路
3.3.1方波到三角波转换电路图
3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理
1.电路组成
积分电路的用途主要有：
扫描电路，模数转换器,数学模拟运算器。
该部分电路主要由运放LM324AD、10K欧姆电阻、100K欧姆电阻及一个100nF电容组成。
2.原理分析
①基本积分电路
i1
vi
+
+
R
RP
C
vo
_
vc
②特性推理
当输入电压如图a所示时,
此时，运放进入饱和状态，Vo保持不变，而停止积分。
4、电路仿真结果
4.1正弦波产生电路的仿真结果
4.2正弦波到方波转换电路的仿真结果
4.3YYY到ZZZ转换电路的仿真结果
5、电路调试结果
5.1正弦波产生电路的调试结果
5.2正弦波到方波转换电路的调试结果
5、3方波到三角波转换电路的调试结果
6、设计结果分析与总结
人们总说，是我们成长的不是时间而是经历。
通过本次模电课程设计，我受益匪浅。
这次课程设计不仅加深了我对模电知识的理解，更锻炼了我的思维，增强了我的动手能力。
在课程设计初期，我对信号发生器的概念非常模糊，对自己能否顺利完成任务感到非常担心和紧张。
通过仔细阅读课本和理解老师PPT的讲解内容，我逐渐明白：
产生正弦波、方波、三角波的基本电路原理及相关参数的计算，开始渐渐对课程设计感兴趣。
在设计过程中，每一元件都需要精心的计算，电路图的设计也需精心琢磨，所有这一切都是对我耐心和学问严谨态度和科学精神的考验。
在实物连接过程中，我接触了以前从未接触过的小器件，比如：
二极管、电容、变阻器各种运放等等，对他们的属性也有了一定的了解。
此外，此次课程设计也促使我以后要注重理论知识的学习和理解，要及时巩固所学知识。
在课程设计的整个过程中，我感慨最深的是我们的赵老师一直陪伴着我们，有时周五晚上都会知道我们至9点多，课后还为我们找机房练习模拟。
虽然他平时对我们的要求很严格，但我还是很喜欢这样的老师，老师的严格往往也是我学好一门课的动力。
感谢老师的精心指导。
参考文献
【1】康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）【M】北京：
高等教育出版社.2011
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