函数信号发生器模拟电路课程设计.docx

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函数信号发生器模拟电路课程设计

模

拟

电

路

课

程

设

计

报

告

目录

1、课程设计的任务、要求及步骤

2、设计方案的选择

3、电路设计主要的技术指标

4、函数信号发生器电路原理分析

5、函数信号发生器元件参数的选择

6、函数信号发生器的安装和调试

7、课程设计的过程中遇到的问题及解决方法

8、课程设计的仿真

9、试验评价与问题分析

10、课程设计的心得和体会

11、附录

姓名

学号

班级

学院

电子信息学院

题目

函数信号发生器

设计任务

设计一函数信号发生器，能输出方波和三角波两种波形

1．输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；

2．输出电压均为双极性；

3．输出阻抗均为50Ω；

4．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz~2KHz可调。

5．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz~2KHz可调。

时

间

进

度

18周星期一布置设计方案，预设计。

18周星期二领设备、安装

18周星期三至周四安装、调试教师检查

18周星期五、六、日写设计报告

原

始参

资考

料文

和献

主

要

电子技术基础（模拟部分）

模拟电子技术课程设计指导书

电子技术基础实验指导书

一、课程设计的任务、要求及步骤

1.设计任务

a.输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；

b.输出电压均为双极性；

c.输出阻抗均为50Ω；

d．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz~2KHz可调。

e．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz~2KHz可调。

2.设计要求

a.电路原理图绘制正确（或仿真电路图）；

b.掌握EWB仿真软件的使用和电路测试方法；

c.电路仿真达到技术指标。

d.完成实际电路，掌握电路的指标测试方法；

e.实际电路达到技术指标。

f.原理图（草图）要清楚，标注元件参数

g.正式原理图、接线图：

A4打印EWB画图。

h.要求用统一格式封面；

i.使用中原工学院课程设计报告专用纸。

j.图要顶天立地，均匀分布，合理布局

3、设计步骤

a.原理了解，清楚设计内容。

b.原理及连线图绘制，仿真结果正确。

c.安装实际电路。

d.调试，功能实现。

e.教师检查及答辩。

f.完成设计报告。

2、设计方案的选择

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 ，也可以采用集成电路。

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与二阶低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器

3、电路设计主要的技术指标

1.输出为方波和三角形两种波形，用开关切换输出；

2.输出电压均为双极性；

3.输出阻抗均为50Ω

4.输出为方波时输出电压峰值为0—5V可调，输出信号频率为200Hz—2KHz可调。

5.输出为三角波时输出电压峰值为0—5V可调，输出信号频率为200Hz—2KHz可调。

4、函数信号发生器电路原理分析

方波产生电路原理图如下：

原理分析：

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

RC回路即作为迟滞环节，又作为反馈网络，通过RC冲、放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压Uo=+Uz，则同相输入端电位Up=+Ut,Uo通过电阻对电容C正向充电，如图中箭头所示。

反相输入端电位n随时间的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是Un=+Ut，再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz，与此同时Up从+Ut跃变为-UT。

随后，Uo又通过R3对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。

Un随时间逐渐增长而减低，当T趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Uz再减小，UO就从-Uz跃变为+Uz，UO从-Ut跃变为+Ut，电容又开是正向充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

三角波发生器的原理图如下：

在三角波信号发生器电路原理上增加了一级放大器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗阻抗为50Ω.

工作原理：

如图所示，在电路的左边为同相滞回比较器，右边为积分运算电路。

同相滞回比较器的输出高低电平分别为Uoh=+Uz，Uol=-Uz

积分运算电路的输出电压uo作为输入电压，A1同乡输入端的电位

Up1=uo1·R1/（R1+R2+R6）+Uo·（R2+R6）/（R1+R2+R6）

令Up1=Un1=0，并将uo1=±Uz带入得

±Ut=±Uz·R1/（R2+R6）

电路的振荡原理

合闸通电，通常C上电压为0。

设Uo1↑→Up1↑→Uo1↑↑，直至Uo1＝Uz；积分电路反向积分，t↑→Uo↓，一旦Uo过－Ut，Uo1从＋Uz跃变为－Uz。

积分电路正向积分，t↑→Uo↑，一旦Uo过＋Ut，Uo1从－Uz跃变为＋Uz，返回第一暂态。

重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。

由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为Uo1/（R3+R7），使得U0在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。

主要参数估算：

1振荡幅值

在如图所示的三角波—方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压，所以三角波的幅值为±Uom=±Ut=±Uz·R1/R2

因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以

Uoh=+Uz，Uol=—Uz

2振荡周期

在图3中，在振荡的二分之一周期内，起始值为—Ut，终了值为+UtUt=Uz·T/2·1/R3·C-Ut

得到T=4·R1·（R3+R7）·C/（R2+R6）

积分器的输出Uo=—1/（R3+R7）·∫Uo1dt

Uo1=+Vcc时，Uo2=—（+Vcc）·t/（R3+R7）·C1

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，其波形关系下图所示。

图4方波—三角波的波形变换

比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波——三角波，三角波的幅度为

Uo2=Vcc·R1/（R3+R7）

方波——三角波的频率为

f=（R2+R6）/4R1（R3+R7）

所以有以下结论：

1.电位器R7在调节方波——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，R7实现频率微调。

2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc,三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc,电位器Rf2可实现幅度微调，但会影响方波——三角波的频率。

五、方波三角波函数信号发生器元件参数的选择

1、方波信号发生器元器件及参数的选择

a.运算放大器的选择

根据指标要求，主要采取双电源、通用、无需调零型运放，可选择741，在这次设计里选择的是358.

b.电源电压的选择：

选择电源电压15V左右。

c.稳压二极管的选择：

考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值约为10V的稳压管，例如1N4007等。

d.频率参数的选择：

输出信号的频率为200~2KHZ可调，决定信号频率的元件为Rf1、Rf2、C、R2、R1.可取R1/R1+R2=0.47则f=1/2（Rf1+Rf2）C,即得R1=4.7KΩ,R2=5.1KΩ电容可取1uF以下的，Rf可以取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择Rf2为电位器。

Rf2最小时，应有f=1/2RfC=1/2Rf1C=2000HZ,Rf2最大时，应该有f=1/2RfC=1/2（Rf1+Rf2）C=200HZ。

若取C=0.033uF,计算出Rf1=7.6KΩ,Rf2=68.4KΩ。

e.幅度参数选择：

输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号的幅度元件为R4、R5的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以要使R5是R4的一半，达到降压的目的，选择R4=10KΩ,R5=4.7KΩ的电位器。

2、三角波信号发生器元器件及参数的选择

a.运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择

同方波发生器的选择相同

b.频率参数的选择：

输出信号的频率为200-2KHZ可调，决定信号频率元件为R7、R4、C、R1、R2。

f=R2/4R1（R4+R7）C

可取R1/R2=1则f=1/4（R4+R7）C。

取R1=10KΩ，R2=10KΩ,则U0m=Uz，电容可取1uF以下的，R4+R7可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择R7为电位器。

R7最小时f=1/4R4C=2000HZ,R7最大时，应有f=1/4（R4+R7）C=200HZ.

若取C=0.033uF，计算出R7=72.8KΩ，R4=3.3KΩ。

c.幅度参数选择：

输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号幅度的元件为R8、R9的参数。

由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以R9是R8的一半，达到降压的目的，选择R8=10KΩ，R9=4.7KΩ的电位器。

六、方波三角波函数信号发生器的安装和调试

1.安装

a.将358集成块插入插槽，注意布局。

b.分别把各电阻放在合适的位置尤其注意电位器的结法。

c.按图连线，注意直流源的正负及接地端。

2.调试方波三角波产生电路

a.接入电源后用示波器进行观察

b.调节Rf2观察方波频率变化情况，调节R5观察方波的幅值，使幅值达到规定的数值。

c.调节R7观察三角波频率变化，调节R9观察幅值变化，使之达到规定数值。

3.记录调试数值

方波：

调节电位器Rf5在示波器上读取测量f（最小值）=195HZ.f（最大值）=1950HZ。

幅值=4.8v。

三角波：

调节电位器R7在示波器上读取f（最小值）=190HZ,f（最大值）=1980HZ

在实验读取误差允许的范围内，符合实验要求。

七、课程设计中遇到的问题及解决方法

1.排版时因为两个741在一起，使设计的图与现实的连接图有一些不一样，排版需要重新画出连接图；

2.排版时器件不是太挤就是太宽，导致不好焊接。

这个我想是因为我们是第一次做所以没经验，相信下次排版一定不会出现这种问题；

3.焊接时器件不好固定，在焊时容易掉。

因此焊接时先焊高度比较低的仪器，如电阻等；

焊接时由于没有经验，也为了方便，我们在板的背面用了好多引脚，而不是只用电线再正面，导致板面很美观，今后焊接一定会注意到这点

8、方波三角波产生电路的仿真

方波电路图如下：

三角波电路图如下

方波—三角波总电路原理图如下

方波仿真图：

三角波仿真图：

PCB封装图：

九、实验评价与问题分析

1、理论知识掌握尚不牢固

由于对模拟电子技术课程的学习不扎实，导致了在对课程设计函数发生器原理的理解上存在困难。

例如不能弄清楚部分电阻与电容在电路中的所起的作用。

另外由于知识面较窄，有部分元件的工作原理未能够理解。

由于对安全知识的缺乏，本次实验过程，还存在对调试重要性认识不够的问题。

我们在制作完成函数信号发生器后，没有进行检查。

2、缺乏锻炼，焊接技艺不娴熟

由于我们平时基本未能够接触到焊接，所以在本次实验中显得经验不足。

存在了电烙铁操作不正确，焊接过程浪费了较多焊锡，元件焊接不美观等问题。

焊接过程中电烙铁多次碰到了电线、塑料等易燃品，所幸发现及时，未损坏物品，未造成危险；剪引脚时方法不正确导致剪断的引脚射出。

3、课题设计时的参数选择不当，有些电阻过大或是过小，造成了结果的偏差；

4、所领的元器件跟仿真时的的参数不完全相同，元器