模拟电子技术课设之信号发生器.docx

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模拟电子技术课设之信号发生器

实习题目

指导教师

职称

学生姓名

学号

日期

实习题目

指导教师

职称

学生姓名

学号

日期

内蒙古师范大学计算机与信息工程学院

《低频电子线路课程设计》报告

实习题目

指导教师

职称

学生姓名

学号

日期

设计题目

简易函数信号发生器设计

指导教师

张鹏举

职称

讲师

姓名

高佳玉

学号

20091105558

日期

2010-7-14

简易函数信号发生器设计

摘要信号发生器产生正弦波、方波、三角波的方案有多，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，再将三角波变换成正弦波或将方波变成正弦波

关键词信号发生器；正弦波；方波；三角波；

1设计任务及主要技术指标和要求

1.1设计任务

设计一个简易波形发生器，能产生正弦波、方波、三角波。

由分立元件和中小规模运放构成。

1.2设计技术指标和要求

（1）频率范围：

1-100Hz。

（2）输出电压：

方波<=22V，三角波=8V，正弦波>=1V。

（3）根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。

（4）利用CAD软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单。

2工作原理

2.1设计方案

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。

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。

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。

图1总设计框图

2.2工作原理

2.2.1方波发生电路的工作原理

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。

2.2.2方波---三角波转换电路的工作原理

用集成运算放大器组成比较器和积分电路[1]，积分电路和比较器之间形成负反馈，当负反馈不存在时，在比较器的输出端输入方波信号，则积分电路的输出端输出三角波。

当负反馈存在时，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则比较器输出方波，积分电路输出三角波。

2.2.3三角波---正弦波转换电路的工作原理

主要由差分放大电路来完成，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，可以有效的抑制零点漂移，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。

3基本组成

3.1方波---三角波转换电路

图2方波——三角波产生电路

3.2三角波---正弦波转换电路

图3三角波——正弦波的变换电路

4设计步骤

4.1步骤

4.1.1方波——三角波输出电路设计

通过选定的方案，选用比较器和积分电路产生需要的波形。

画出电路图，连接电路图，把输出接在示波器上检测。

当负反馈不存在时，应算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器翻转。

A2与R4。

、RP2、C1及R5组成反向积分电路。

当在U1输入方波时，在U2输出一个上升速度和下降速度都相等的三角波。

当负反馈存在时，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，电路的两个应放A1和A2自激震荡，而且电路形成负反馈，则比较器输出方波，积分电路输出三角波。

滑动变阻器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。

若要求输出频率的范围较宽，可用C1改变频率的范围，PR2实现频率微调。

滑动变阻器RP1可实现方波的输出幅值微调，但会影响方波--三角波的频率。

4.1.2三角波——正弦波转换电路设计

主要由差分放大电路来完成，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，可以有效的抑制零点漂移，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。

RP3调节三角波的幅度，RP4调整电路的对称性，其并联电阻RE1用来减小差分放大器的线性区。

电容C2,C3,C4为隔直电容，C5为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。

4.2电路的参数选择及计算

4.2.1方波——三角波电路

实物连线中，因为实验室没有0.1uf的电容，我们选择了0.01uf的。

一开始很长时间出不来波形，后来将我们改变了一些电阻值，RP1原来是10K的，我们通过实验，最终换成了10K的滑动变阻器，然后把滑片滑到50%的位置，把RP2的滑动变阻器换成了20K的，把滑片滑到50%的位置，就顺利得出波形。

取R1=R2=R5=10K，R3=20K，R4=5.1K,RP1为10K的滑动变阻器，RP2为20K的滑动变阻器。

4.2.2三角波——正弦波转换电路

隔直电容C2、C3、C4要取得较大，因为输出频率很低，取C2=C3=C4=470uf，滤波电容C5视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C5可取得较小，C5一般为几十皮法至0.1微法。

RE1=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R8确定。

5整体框图

图4三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路

6设计所用器材

表1器材统计表

元件名称

元件型号

数量

直流稳压电源

--

1台

双踪示波器

--

1台

万用表

--

1只

运放

741

2片

电阻

10K

8只

电阻

100K

1只

电阻

3K

2只

滑动变阻器

4.7K

1只

滑动变阻器

20K

2只

滑动变阻器

330Ω

1只

电容

470μF

3只

电容

0.1μF

2只

电容

0.01μF

1只

面　包　板

--

1块

电源线

--

若干

8小结

通过这次电路设计，我从中了解了信号发生器的原理和贯通了书上的知识，同时也了解到了自己对于理论和实际应用的统一。

从电路连接的开始我们就遇到了很多问题，对于辛苦练出来的电路在得不到结果的时候就会出现特别急躁的心理，而且不会自己排出原因。

后来在老师的指点下我们现实对分段的电路进行试验，在实现一段以后再对下一节电路进行验最后发现很多电阻值都并非设计时大小，这也是电路不成功的原因。

最后更加让我坚信了一个道理“做任何事都要戒急戒躁，要细心，要持之以恒”。

参考文献

[1]童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础（第四版）.北京：

高等教育出版社，2006年5月出版.