信号发生器课程设计报告2.docx

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信号发生器课程设计报告2

电气工程与信息工程学院

电子技术综合训练

题目：

信号发生器的设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气一班

学号：

11230114

姓名：

魏万祥

指导老师：

李恒杰

完成日期：

2014年1月4日

摘要

函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,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。

现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。

我们通过对电路的分析，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。

按照设计的方案选择具体的原件，焊接出具体的实物图，并在实验室对焊接好的实物图进行调试，观察效果并与课题要求的性

能指标作对比。

最后分析出现误差的原因以及影响因素。

关键字：

信号、参数计算、调试、误差分析

目录

1函数发生器的总方案及原理框图………………………………………………

（1）

1.1电路设计原理框图…………………………………………

（1）

1.2电路设计方案设计…………………………………………

（1）

2设计的目的及任务………………………………………………………………

（2）

2.1课程设计的目的……………………………………………

（2）

2.2课程设计的任务与要求……………………………………

（2）

2.3课程设计的技术指标………………………………………

（2）

3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……………………（3）

3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理…………………（4）

3.4电路的参数选择及计算……………………………………（6）

3.5总电路图……………………………………………………（6）

4电路仿真…………………………………………………………………………（7）

4.1正弦波---方波发生电路的仿真……………………………（7）

4.2方波---三角波转换电路的仿真……………………………（8）

5电路的安装与调试………………………………………………………………（9）

5.1方波---三角波发生电路的安装与调试……………………（9）

5.2三角波---正弦波转换电路的安装与调试…………………（9）

5.3总电路的安装与调试………………………………………（9）

5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法…………（10）

6电路的实验结果…………………………………………………………………（11）

6.1方波---三角波发生电路的实验结果………………………（11）

6.2三角波---正弦波转换电路的实验结果……………………（11）

6.3实测电路波形、误差分析及改进方法………………………（12）

7实验总结…………………………………………………………………………（13）

8仪器仪表明细清单………………………………………………………………（14）

9参考文献…………………………………………………………………………（15）

1．函数发生器总方案及原理框图

1.1原理框图

1.2函数发生器的总方案

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波等电压波形的电路或仪器。

根据用途不同，有产生三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组成的方波—三角波函数发生器的设计方法。

产生方波、三角波的方案有多种，如首先产生方波，然后由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波等等。

本课题采用先产生方波—三角波的电路设计方法，

本课题中函数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。

2．课程设计的目的和设计的任务

2.1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。

2.2设计任务

1.设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器。

2.运用电子开关进行选择。

3.幅值能够进行自动挡调节。

2.3课程设计的要求及技术指标

1设计制作一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数信号发生器;

2输出频率能在100-10KHz范围内连续可调；

3输出信号幅值在0.1-5Ｖ之间可调；

4电源：

220Ｖ/50HZ的工频交流电供电；

5按照以上要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用multisim进行仿真，用万用板焊接元件，完成调试、测试，撰写设计报告。

3．各组成部分的工作原理

3.1正弦波发生电路的工作原理

此电路由RC桥式震荡电路组成。

RC回路既作为选频网络，又作为正反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换，电路产生了自激振荡。

只要为RC串并联网络匹配一个电压放大倍数大于三的放大电路就可以构成正弦波振荡电路，考虑到起震条件，所选放大电路的电压放大倍数应大于三，且所选放大电路应具有可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，使震荡频率几乎仅仅决定于选频网络。

3.2正弦波转方波电路

运用电压比较器实现正弦波转换为方波，如图所示，其阀值电压Ut=0V，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+Uom与-Uom，当输入电压u小于0V时，Uo=+Uom;当输入电压大于0v时，Uo=-Uom。

为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路从而获得合适的Uol与Uoh。

3.3方波---三角波转换电路的工作原理

三角波产生电路

工作原理如下：

若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。

运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。

比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。

设Uo1=+Vcc,则

将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为

若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

比较器的门限宽度

由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图3-71所示。

a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为

时，

时，

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波。

3.4电路的参数选择及计算

1.正弦波中电容C变化（关键性变化之一）

实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.01uf时，顺利得出波形。

实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。

由于电路中正弦波的变化范围是0HZ—10Khz,根据f=1/（2*3.14*RC），取C=10nf，得R的变化范围是0—160kΩ，所以变化R3与R4的阻值，从而实现频率的变化。

2.正弦波-方波部分

由于实现时要求幅值可调，所以在产生方波时对于幅值的要求不高，所以选择电压比较器与稳压管共同作用是使幅值稳定，我们选择IN4732稳压管进行稳压。

3.方波-三角波产生电路

方波输入时，其幅值是一定的，所以选择积分电路来实现三角波的产生。

在调试时发现，当电容值为100nF时，三角波最稳定，且失真较小。

3.5总电路图

3.6发挥部分设计

由于实现能够在这三种信号中通过电子开关进行选择，电子开关由按键控制，并且能够对选择的信号用发光二极管指示。

所以我们选择按键控制脉冲的产生，使74LS161进行编码，由与非门芯片74LS00确定其进制。

从而使八选一模拟开关进行工作，选择不同的通道进行输出其不同端口的信号。

从而可以实现基本部分的全部功能。

电路图：

4．电路仿真

4.1正弦波---方波发生电路的仿真

4.2方波电路的仿真

4.3三角波电路的仿真

5电路的安装与调试

5.1正弦波发生电路的安装与调试

1.安装正弦波产生电路

1.把一块LM324集成块插入面包板，注意布局；

2.分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；

3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。

2.调试正弦波产生电路

1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；

2.调节电阻，使三角波的幅值满足指标要求；

3.调节电阻，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正弦波---方波转换电路的安装与调试

1.按装正弦波——方波变换电路

1.在面包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，注意电容C的选取；

4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。

2.调试正弦波——方波变换电路

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，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使

正弦波的峰峰值大于1V。

5.4调试中遇到的问题及解决的方法

正弦波-方波-三角波函数发生器电路是由三级单元电路组成的,在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。

在波形进行输出时，由于LM324的带负载能力较差，所以我们一般在输出时加入电压跟随器。

且在方波的产生电路中，我们进行了改进，从而提高电路的带载能力与稳定性。

6电路的实验结果

6.1正弦波---方波发生电路的实验结果

C=0.01uf

fmin=4138HZ

fmax=8333HZ

C=0.01uf

fmin=4198HZ

fmax=8034HZ

C=0.01uf

fmin=4128HZ

fmax=8207HZ

6.2方波---三角波转换电路的实验结果

R=15KΩ

Vc1=Vc2=5.530V

Vc3=-0.6218V

Vc4=-10.307V

Ic1=Ic2=0.6813mA

实验结果分析

模拟仿真（R*=13K

）

Vc1=Vc2=4.358V

Vc3=-0.831V

Vc4=-9.028V

Ic1=Ic2=0.5368mA

6.3实测电路波形、误差分析及改进方法

将C6替换为由两个.1uF串联或直接拿掉,

C1=0.01uFU=54mvUo=2.7v>1v

C1=0.01uFU=54mvUo=2.8v>1v

Xc=1/W*C,当输出波形为高频时，若电容C6较大，则Xc很小，高频信号完全被吞并，无法显示出来。

又在输出时，波形产生了失真，为了减小这个误差，我们提高了输入电阻，从而提高其分压能力。

6.4正弦波---方波转换电路的实验结果

由于方波的产生电路运用了稳压管，所以我们在输出时提高其稳定性即可，所以我们在输出级加入高电平提高其电压等级。

7．实验总结

为期三个星期的课程设计已经结束，在这三星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。

其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。

在实验过程中，我们遇到了不少的问题。

比如：

波形失真，甚至不出波形这样的问题。

在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。

实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。

还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，让不必要的伤害减至最少。

还有值得我们自豪的一点就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术啊，最后用一句话来结束吧。

“实践是检验真理的唯一标准”。

与君共勉。

8．仪器仪表清单

设计所用仪器及器件

1．直流稳压电源1台

2．双踪示波器1台

3．万用表1只

4．运放3242片

5．电位器50K2只

　　　　　　　　100K1只

　　　　　　　　100Ω　1只

6．电容470μF3只

　　　　　　　　10μF1只

　　　　　　　　1μF1只

　　　　　　　　0.1μF2只

　　　　　　0.01μF1只

7．三极管90134只

8．面　包　板1块

9．剪　　　刀　　　　　　１把

10．仪器探头线2根

11．电源线4根

12.74LS1612片

13.HCF40512片

14.CD45112片

15.74LS002片

16.按键2只

9．参考文献

童诗白主编．模拟电子技术基础（第三版）．北京：

高教出版社，2001

阎石主编．数字电子技术基础与课程设计.北京：

高教出版社，2001.3

胡宴如主编.数字电子技术.北京.高等教育出版社，2000