多波形发生器.docx
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多波形发生器
五邑大学信息工程学院
课程设计报告
课程名称：
低频电子线路设计
专业：
通信工程
班级：
AP08054
学号：
姓名：
指导教师：
设计时间：
评定成绩：
设计课题题目：
______多波形信号发生器______________
一、设计任务与要求
1．任务：
设计制作一个能输出正弦波、锯齿波、矩形波的信号发生器；
2．要求：
（1）输出频率调节范围：
100Hz～100kHz；
（2）输出电压调节范围：
正弦波有效值Vo=（0~5）V，锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=（0~10）V；
（3）在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥6V；
（4）矩形波占空比调节范围：
10%~90%；
（5）锯齿波上升和下降的时间比调节范围：
10%~90%；
（6）*供电电源电压：
220V/50Hz。
（可选）
二、课题分析与方案选择
根据实验要求，要产生频率和幅度可调的正弦波、矩形、锯齿波，给定LM324集成运放为核心器件，选用RC振荡器来产生低频信号，并利用运算放大器构成反馈振荡、滞回比较器、积分器来实现实验要求。
方案一、首先通过RC正弦波产生电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然后通过电压比较器将正弦信号转换成同频率的方波信号、通过积分器将方波信号转换成同频率的锯齿波，最后，接调幅网络后即可输出幅度、频率可调的正弦、方波、锯齿波信号。
根据实验要求输出频率要求调节范围是100Hz～100kHz，正弦波有效值Vo=（0~5）V，锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=（0~10）V；由于矩形波是将正弦波信号转化，而在频率较高的情况下，正弦波的调试会给后级带来影响，可能导致失真或者达不到要求的范围，综合考虑，不选用方案一。
方案二、在方案一的基础上做出修改，把正弦波跟矩形波、锯齿波分开，正弦波还是由RC串并联振荡器产生，而矩形、锯齿波则用锯齿波发生器实现，原因是锯齿波就是由矩形波通过积分器的冲放时间改变而成，在最后接到比例运算放大器输出。
经过分析，分成两部分后，操作性和稳定性相对与方案一来说都有所提高，最后通过比例运放也使输出解决带载能力可能不够的问题，因此选用方案二为实验最终方案
三、单元电路分析与设计
1．原理分析
正弦波:
振荡是电路的自激振荡，由直流信号变成正弦信号的过程。
它是由放大、反馈、选频和稳幅环节组成，属于正反馈回路为放大环节。
Rf和RC串并联构成正负反馈，RC串并联也是选频环节，两个1N4007组成稳幅环节。
（原理图见以下仿真电路）
对RC串并联网络，其反馈网络反馈系数为：
可见，当ω=ω0=1/RC或f=f0=1/2πRC时，幅频响应有最大值为Fvmax=1/3，此时的相频响应为
。
在调节R和C的参数时，可实现频率谐振；在频率谐振的过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。
因此，该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。
对于振荡的建立及稳定过程分析如下：
当ω=ω0=1/RC时，经ＲＣ选频网络传输到放同相端的电压Ｖｆ与Ｖｏ同相，即有φｆ＝０．这样放大电路和由Ｚ１和Ｚ２组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，满足相位平衡条件，则有可能振荡。
若再满足Ａｖ＝１＋Ｒｆ／Ｒ１略大于３，则能在该网络内形成比较稳定的自激振荡。
矩形波和锯齿波。
主要由滞回比较器的翻转使产生矩形波，再利用积分电路的充放电时间常数不同产生锯齿波。
（原理图见以下仿真电路）
假定刚开始时，滞回比较器输出高电平，即u01=+Uz,且积分电容上的初始电压为0，有u0=-uc=0。
此时u+=u01*R5/（R5+R13）+u0*R3（R5+R13）,为高电平。
这时u01=Uz通过D2，RW2向电容C充电，对应时间断为Th，当u0=-uc增长到使u+减少到0，滞回比较器会翻转，输出u01=-Uz。
电容器放电通过D1,RW1,对应的时间是Tl，当u0=-uc增大到0，滞回比较器翻转，u01=Uc.锯齿波幅度为U0m=UZ*R13/R5
TH=（2R13Rw1C）/R5,TL=（2R13Rw2C）/R5
T=TH+TL=（2RwR13C）/R5
2．仿真分析
正弦波输出波形如上图，经过仿真发现输出频率范围是100Hz~50KHz，并且接近到50KHz的时候已开始失真，经分析应该是元器件的限制。
矩形波和锯齿波输出如上图，经仿真发现输出频率可80Hz~5KHz，占空比调节范围可以达到10%~90%，当频率接近5KHz的时候同样出现失真的情况，应该是元器件受限
3．电路设计计算
正弦波部分元件参数计算及选取：
Ａｖ＝１＋Ｒｆ／Ｒ3>3，取R3=1k,则Rf>3k，取Rf用5k可调电位器即可满足。
f=1/2πRC属于100~100kHz，用三个电容进行分档，选用68pF,680pf,6800Pf,再用取R用250K双联电位器来微调，C取6800pF,R取250K时，f=100Hz，C取68pF,R取25K时满足100KHz。
矩形波和锯齿波部分元件参数计算及选取：
T=TH+TL=（2RwR1C）/R2，R2（即上图R5）取10K，Rw取5K，用两电容和电位器进行调节频率。
电容选用2uF，R1取5K时可达100Hz，电容选，R1取50时能达到100KHz。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单
序号
型号
主要参数
数量
备注
R1
电阻
200欧
1
R2
电阻
2M
1
R3,R4,R17
电阻
1K
3
R5,R10,R12,R15
电位器
5K
3
R6,R7
电阻
10K
2
R8
电阻
500
1
R9
电阻
50
1
R11
电位器
500
1
R13，R14
电阻
2K
2
R16
电位器
50K
1
R22
电阻
270
1
DoubleR1
双联可调电阻
250K
1
S3,S4,S5,S6,S7,S12
两档三脚开关
6
S1
三档八脚开关
1
D5,D6
稳压管
1N4734
2
D1,D2,D3,D4
二极管
1N4007
4
C1,C5
瓷片电容
68PF
2
C2，C4
瓷片电容
680PF
2
C3，C6
瓷片电容
6800PF
2
C7
瓷片电容
1
C8
电解电容
1
LM324
集成运放
1
五、安装与调试
1．调试过程描述
在接通电源后，用示波器探头接输出端，再分别闭合三个波形输出开关，调节响应的电容电阻都未能观察到波形，为此进行调试。
观察电路板是否有线路短接，利用数字万用表检查各相应的元器件是否接通，查看元器件是否有损坏现象，暂未发现虚焊现象，更换LM324也未能出现波形。
接通电源，利用数字万用表检查各元件上的电压是否有异常情况出现，由输出端往回检查，重点看LM324各脚情况。
在检查过程中发现有一处出现断路的情况，改正后仍未出现波形。
2．实物照片
六、性能测试与分析
由于波形未能调出，不能测试能否达到各项指标，原理图经过仿真没有问题，分析应该是某地方出现断路，或者元件损坏导致。
若按仿真所测出波形的境况来说，并不能满足频率100~100KHz的要求，原因估计是LM324并不能实现如理想状态功能
七、结论与心得
上学期我们学了《模拟电子技术基础》这门课，这门课程属于电子技术理论课程范畴。
正所谓“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”，学习知识不能仅从理论上掌握它，而更应从实践中去探索研究。
本次课程设计，在设计的开始阶段，我复习了有关运算放大器的内容，让我对多波形发生器的原理有了更深的理解，自学使用仿真软件和复习制作PCB，并且在制作实物中重温了电子实习所学的热转印、焊接等内容。
尽管遗憾的未能调出波形，但这教训了我从事电子行业不能有一丝马虎。
这次低频设计是一次很好的锻炼，对提高我们学以致用的能力是很有帮助的。
八、参考文献
[1]廖惜春.模拟电子技术基础华中科技大学出版社.2008.
[2]余道衡，徐承和.电子电路手册[M]. 北京：
北京大学出版社， 1996
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