13电信模电课程设计.docx
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13电信模电课程设计
课程设计报告
课程名称模拟电子技术
设计题目方波、三角波、正弦波信号发生器设计
系部名称机械电子工程系
专业班级电子信息工程2013级
姓名徐敏
学号13452040
成绩
指导教师肖永江
2014年12月
方波、三角波、正弦波信号发生器设计
作者：
徐敏同组：
吴燕
目录
1设计的目的及任务--------------------------------------------------------------------------------3
1.1课程设计的目的--------------------------------------------------------3
1.2课程设计的任务--------------------------------------------------------3
1.3课程设计的要求及技术指标----------------------------------------------3
2函数发生器的总方案及原理框图--------------------------------------------------------------4
2.1电路设计原理框图------------------------------------------------------4
2.2电路设计方案设计------------------------------------------------------4
3各部分电路设计-------------------------------------------------------------------------------------5
3.1正弦波产生电路的工作原理、仿真及结果----------------------------------5
3.2方波发生电路的工作原理、仿真及结果------------------------------------6
3.3三角波转换电路的工作原理、仿真及结果----------------------------------7
4电路的安装与调试--------------------------------------------------------------------------------8
4.1正弦波发生电路的安装，调试及波形--------------------------------------8
4.2方波发生电路的安装，调试及波形----------------------------------------8
4.3三角波发生电路的安装，调试及波形---------------------------------------9
4.4总电路的安装，调试及波形-----------------------------------------------10
5实验总结----------------------------------------------------------------------------------------------10
6仪器元件明细清单------------------------------------------------------------------------------------12
7参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------12
附录：
《模拟电子技术》课程设计任务书
（二）-----------------------------------13
一、设计的目的及任务
1.1课程设计的目的
（1）掌握电子系统的一般设计方法。
（2）学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
（3）学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
（4）熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。
1.2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±5V电源供电；
（4）运用模拟电子技术的理论、技术和器件。
1.3课程设计的要求及技术指标
（1）输出波形：
正弦波、方波、三角波；
（2）频率范围：
在1Hz～20000Hz范围内可调；
（3）幅度范围：
在0～1.0Vpp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。
二、函数发生器的总方案及原理框图
2.1电路设计原理框图
正弦波振荡器
滞回电压比较器
积分器
图2.1函数发生器原理框图
2.2电路设计方案
2.2.1方案一
首先由一个RC震荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，再将三角波通过滤波电路实现到正弦波的转换。
2.2.2方案二
首先用一个RC振荡电路产生正弦波（文氏桥震荡电路），然后在用一个电压比较器产生方波，最后在方波基础上利用积分电路产生三角波。
电路框图如下：
综上二种方法：
方案一虽然很好，但是没有采用，原因在于三角波的最高频率超过其低频率的三倍就要考虑采用折线法来实现变换了，而实验要求的频率在1Hz～20000Hz，所以滤波产生正弦波难以实现。
如果要是不用滤波，而用折线法的话，在反馈网络中电阻的匹配比较困难，而且需要的电阻和二极管比较多不经济。
方案二在产生正弦波之后，就可以直接用滞回比较器产生方波，然后经过积分产生正弦波，这样就比较好，不过在产生正弦波的时候要用到同轴电位器和同时调的电容，有点麻烦，还有不是一开始就产生的正弦波，而是有一个过程。
不过较方案一来说还是较好。
综上本课题采用集成运算放大器与比较器、积分器共同租成的正弦波——方波——三角波函数发生器的设本课题采用集成运算放大器与比较器、积分器共同租成的正弦波——方波——三角波函数发生器的设计方法采用先产生正弦波--方波--三角波的设计方法。
三．系统组成及工作原理
3.1正弦波发生电路的工作原理
3.1.1 产生正弦波的振荡条件
正弦波震荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激震荡而产生正弦波输出电压的电路。
表明正弦波振荡电路的平衡条件为：
Xo=AXf=AFXo即AF=1
而平衡条件又分为幅值平衡条件和相位平衡条件：
幅值平衡条件为：
|AF|=1；相位平衡条件为：
开环放大倍数的相移+反馈的相移=
所以电路的起振条件为：
|AF|>1
3.1.2 正弦波发生电路的组成及各部分的作用
引入正反馈的反馈网络和放大电路，其中接入正反馈是产生振荡的首要条件；要产生按振荡还必需要满足幅值条件；要保证输出频率单一且实现频率的可控，必需要有选频网络；同时还应具备稳幅特性。
因此，正弦波产生电路主要有放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节四部分组成。
（1） 放大电路：
保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。
（2） 正反馈网络：
引入，放大电路的输入信号等于其反馈信号。
（3） 选频网络：
确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的信号，保证电路产生正弦波振荡。
（4） 稳幅环节：
即非线性环节，稳定输出信号的幅值
3.1.3判断电路是否产生震荡
（1）观察电路是否存在放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节等四个重要组成部分。
（2）放大电路的结构是否合理，能否正常放大，静态工作是否合适。
（3） 电路是否满足起振的幅度条件。
若能满足相位平衡条件，又能满足起振条件，则说明该电路一定会产生正弦波振荡。
3.1.4RC桥式正弦波振荡电路
RC桥式正弦波震荡电路以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有震荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点。
电路图如下：
图3.1RC桥式正弦振荡电路
电路的起振条件：
Rf ≧ 2R1振荡频率：
f=1/2πRC
可通过调整R和C的数值来改变振荡频率，要想提高振荡频率，则要减小R和C或减少两者之一。
3.2方波发电路
3.2.1滞回电压比较器
图3.2
形成电压传输特性的abcd段 2，负向过程的阈值为
形成电压传输特性上defa段。
由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。
利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4（b）所示的同相滞回比较器的两个阈值 。
两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。
3.3积分电路的工作原理
积分电路原理：
从图得，Uo=Uc=（1/C）∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=（1/c）∫icdt=（1/RC）∫icdt
这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）
RC电路的积分条件：
RC≥Tk
图3.3积分电路原理
电路结构如图3.3，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。
电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。
四、正弦波、方波、三角波的设计原理图及其参数
4.1正弦波发生电路的安装与调试
图4.1正弦波发生电路及仿真波形图
根据f=1／2πRc，把1Hz~20000Hz分为四段来求：
1～5000,5000～10000,10000～15000,15000～20000,可以求出C1,C2,C3,C4,C5,C7,C8,的值，在由R1＞2Rf及一系列的数据可以得出R1和Rf的值可以知C1＝C2＝100nf、C3＝C4＝10nf、C5＝C6=1uf、C7=C8=10uf、R3=R4=700Ω.R5=R6=2ΚΩ.R1＝1ΚΩR2=1.8ΚΩR2在串连两个反向稳压管保证输出的正弦波是在0～1.0Vpp是可调的。
4.2方波发生电路的安装与调试
根据滞回比较器原理公式，以及一系列的参考资料，在输入电压为±5根据Up＝R2╱（R1＋R2）*UREF±R1╱（R1＋R2）*Uz.已知Uo＝R1╱（R1＋R2）*Uz以及±Ut=±R1╱（R1＋R2）*Uz可知0～1Vpp可调，UO＝Uz=±0.5.且输出电压为±5可以求取的R1＝2KΩ.R2=10kΩ.R4=20kΩ.R3＝10kΩ，为产生±0.5的方形波采用二极管D1型号为IN5758。
图4.2方波发生电路及仿真波形图
4.3三角波发生电路的安装与调试
图4.3三角波发生电路及仿真波形图
积分电路C1即可以积分，又可以充放电，由ic=ir=Ui/R.Uo=－Uc.当Uo=－1/Rc∫u1dt得出当取C1＝1.1uf、R3＝10kΩ、R2=10kΩ。
4.4总电路的安装与调试
图4.4正弦波-方波-三角波转换总电路图
通过RC桥式正弦波振荡电路产生自激振荡并产生符合条件的正弦波，通过选频网路分波段使频率在2HZ-20000HZ范围内可调，通过电位器可以调节幅值使其在0-1.0可调。
由XSC1示波器输出正弦波形图。
当选频好的正弦波信号进入滞回电压比较器后通过电位器进行调幅并在0-1,0可调并由XSC2示波器输方波。
通过积分电路产生三角波其中电容既有充放电功能又积分的功能最后通过XSC3示波器输出三角波。
五实验结论
为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、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，在设计电路原理图的时候，不能及时找到书本要用的知识所在的的地方，对课本还不够熟悉，模拟电子技术是以后学习的基础，必须对课本非常熟悉。
这在以后还需要加强对基础电路设计的学习。
通过这次课程设计，了解了常用元件的识别和测试，常用仪器的使用，以及如何提高电路的性能。
通过自己的实际操作，对电路设计有了初步了解，认识到理论与实际相互结合的重要性。
也认识到实际与理论的差距。
六元器件清单明细表
器件
型号（大小）
数量（个）
单价
电阻
700Ω
2
2KΩ
3
200Ω
2
1KΩ
3
1.8kΩ
1
2kΩ
2
9KΩ
1
10kΩ
5
20kΩ
1
电容
1uf
2
10uf
2
100nf
2
10nf
2
稳压二极管
1BH62
2
1N57582
2
LM324
3
七参考文献
1.童诗白.《模拟电子技术基础》（第四版）.高等教育出版社.2006
2.康华光.《电子技术基础》模拟部分（第五版）.高等教育出版社.2007
3.杨欣、莱·诺克斯等《电子设计从零开始》第2版.清华大学出版社，2010
4.
5.LM324
6.
7.
附录：
《模拟电子技术》课程设计任务书
（二）
方波、三角波、正弦波信号发生器设计
一、课程设计目的
通过本次课程设计所要达到的目的是：
提高学生在模拟集成电路应用方面的技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。
学生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打下必要的基础。
二、课程设计题目、任务、要求及注意事项
1、课程设计题目：
方波、三角波、正弦波信号发生器设计
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。
2、设计任务：
（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±5V电源供电；
（4）运用模拟电子技术的理论、技术和器件。
3、设计的技术指标要求：
（1）输出波形：
正弦波、方波、三角波；
（2）频率范围：
在1Hz～20000Hz范围内可调；
（3）幅度范围：
在0～1.0Vpp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。
4、设计的具体要求：
（1）设计方案的论证和选择
①查阅资料确定设计的电路框图；
②提出两种以上电路设计方案；
③对提出方案的性能、可行性进行分析比较。
选择出性能可靠、成本合理，基本符合此次设计要求的最优方案。
（2）具体电路的设计（目的：
掌握一般电子电路分析和设计的基本方法）
①根据设计任务和指标，初选电路；
②通过调查研究，设计、计算；
③确定电路具体方案。
（3）设计电路的仿真调试（略）
①选择元件，在仿真软件multisim上连线；
②使用常用电子仪器仪表对电路的技术参数进行在仿真软件multisim测试；
③并排查电子电路的故障，反复调试、改进电路，使其符合设计任务的要求。
（4）按设计任务书的格式要求，撰写和打印课程设计报告书
撰写课程设计报告要求符合模板的相关要求，字数要求1500字以上，须交电子稿和纸质稿。
设计过程中遇到的问题及解决办法，对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议等都可写入报告。
电子稿的标题：
13电信模电课程设计（信号.姓名.学号）
5、注意事项：
设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，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，满足本课题要求的性能指标；然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，注意各部分电路的匹配，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。
①明确课程设计的目的，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力；
②学会查找资料、合理选择设计方案：
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，例如：
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；其次，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；也还可以通过单片集成函数发生器8038来实现，但此方案不符合本设计要求。
课程设计报告网上有一些，可做参考，但千万不要COPY，你的报告必须要和自己做的东西对应起来；
③学会查阅元器件手册，根据自己的计算参数合理的选择所有元器件；
④报告雷同的，报告成绩为不及格。
三、主要参考文献（写出你自己参考的各种资料，不少于5篇）
1、童诗白.《模拟电子技术基础》（第四版）.高等教育出版社.2006
2、康华光.《电子技术基础》模拟部分（第五版）.高等教育出版社.2007
3、杨欣、莱·诺克斯等《电子设计从零开始》第2版.清华大学出版社，2010
4、郭培源.《电子电路及电子器件》（第2版）．高等教育出版社，2003
四、课程设计说明书与图纸要求
课程设计说明书内容包括：
1．目录、摘要、关键词、绪论；
2．设计任务及主要技术指标和要求；
3．选定方案的论证及整体电路的工作原理；
4．单元电路的设计计算、元器件选择、电路图；
5．按国家有关标准画出整体电路图，列出元件、器件明细表；
6．对设计成果作出评价，说明本设计特点和存在的问题，提出改进意见。
五、课程设计时间安排
起止日期
工作内容
2014.12.22
2014.12.23～12.25
2014.12.26
搜集资料，查阅与复习相关专业课程知识，形成初步思路
开始电路选型、电路设计与计算
检查电路设计，整理相关技术文档，参加设计答辩
六、成绩考核办法
评定项目
评定成绩
1．选题合理、目的明确（10分）
2．设计方案正确，具有可行性、创新性（15分）
3．设计、计算结果正确，设计内容完整（25分）
4．态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）
5．设计报告的规范、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6．答辩（25分）
总分
备注：
成绩等级：
优（90～100分）、良（80～89分）、中（70～79分）、及格（60～69分）、60分以下为不及格。
指导教师签字：
、
教研室主任签字：
2014年12月日
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