函数信号发生器课程设计1.docx

1、函数信号发生器课程设计1目录一 摘要二 设计要求三 设计方案四 单元电路设计五 方波-三角波-正弦波函数发生器电路图六 元器件参数的选择七 电路的仿真调试八 安装、调试与误差分析九 心得体会十 参考文献一 摘要函数信号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压或仪器。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（如视频信号函数发生器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5G8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题要求设计由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波-三角波-正弦波函

2、数发生器。利用仿真软件Multisim画出电路图进行仿真，最后分析出现误差的原因以及影响因素。二 设计要求1）输出波形：正弦波、方波、三角波等；2）频率范围：2030kHz；3 输出电压：方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U1V；4 波形特征：方波tr10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD2%，正弦波失真系数THD5%；5）单元电路设计，进行必要的计算；6）电气原理设计，绘原理图（用EWB仿真工具绘图。）；对每一个电路都要进行计算仿真，并分析仿真结果。三 设计方案函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。由运算放大器单路及分立元件构成

3、，方波三角波正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图4.2.15所示。图4.2.15 函数信号发生器框图四 单元电路设计（1）确立电路形式及元器件型号1）方波三角波电路的变换图4.2.16所示为产生方波三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。图4.2.16 方波三角波产生电路由图4.2.16分析可知比较器有两个门限电压运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为当Uo1=+VCC时当Uo1=-VEE时可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等

4、的三角波，其波形如图4.2.17所示。图4.2.17 方波三角波波形A点闭合，即比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波三角波。三角波的幅度为 方波三角波的频率为由上分析可知：电位器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。方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。2）三角波正弦波的变换三角波正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，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

5、放大器传输特性的非线性。其非线性及变换原理如图4.2.18所示。图4.2.18 三角波正弦波的变换原理1 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；2 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图4.2.19为三角波正弦波的变换的电路。其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。图4.2.19 三角波正弦波变换电路整个设计电路采用如图所示。其中运算放大器A1、A2用一只双运放A747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319或双三极管S

6、3DG6等。取电源电压为12V。五 方波-三角波-正弦波函数发生器电路图根据以上设计，可画出方波-三角波-正弦波函数发生器电路图如图4.2.20所示。图4.2.20方波-三角-正弦波函数发生器电路图六 元器件参数的选择比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：由于因此取R3=10k,则R3+RP1=30 k，取R3=20k, RP1为47 k的电位器。取平衡电阻R1=R2/（R3+RP1）10 k。因为当1Hzf10Hz时，取C2=10F，则R4+RP2=（757.5）k，取5.1 k，RP2为100 k电位器。当 19Hzf100Hz，取C2=1F以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。

7、取平衡电阻R5=10 k。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470F，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1F。RE2=100与RP4=100，相并联，以减少差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。七 电路的仿真调试利用仿真软件Multisim画出电路图，得出一仿真结果如图2-2-22-2-2 仿真结果上原理图中的可以用来调节信号发生器的信号输出频率。可以利用Protel软件将电路画出，生成PCB板模式，进行布局和布线。作出一个函数信号发生器。图见2-2-3：2-2-3

8、PCB制成图八 安装、调试与误差分析图4.2.20所示方波-三角-正弦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进行分级装调与级联。（1）方波三角波发生器的装调由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10K，RP2取（2.570）内的任一阻值,否则电路可能会不起振.只要电路接线正确,上电后,U01的输出为方波,U02的输出为三角波,微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求,调节RP2,则输出频率在

9、对应波段内连续可变.（2）三角波正弦波变换电路的装调按照图4.2.20所示电路，装调三角波-正弦波变换电路，其中差分放大器可利用课题三设计完成的电路。电路的调试步骤如下：1）经电容C4输入差模信号电压uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。调节RP4及电阻R*，使传输特性曲线对称。再逐渐增大uid，直到传输特曲线形状如图3-73所示，记下此时对应的uid，即uidm值。移去信号源，再将C4左端接地，测量差分放大器的静态工作点I0、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。2）将RP3与C4连接，调节RP3使三角波的输出幅度经RP3后输出等于uidm值，这时U03的输出波形应接近正弦波，调整C6大小

10、可以改善输出波形。如果U03的波形出现如图4.2.21所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：钟形失真 如图4.2.21（a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小RE2。半波圆顶或平顶失真 如图4.2.21（b）如示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*。非线性失真 如图图4.2.21（c）所示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。可在输出端加滤波网络（如C6=0.1mF）改善输出波形。图4.2.21 几种正弦波失真（3）性能指标测量与误差分析1、方波输出电压UP-P2VCC是因为运放输出级由NPN型与PNP型

11、两种晶体管组成复补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。2、方波的上升时间tr，主要受运算放大器转换速率的限制。如果输出频率较高，可接入加速电容C1（图4.2.16），一般取C1为几十皮法。用示波器或脉冲示波器测量tr。九 心得体会本次实习是在黄河老师的悉心指导下完成的，通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设

12、计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在设计过程中碰到许多不同的问题，与理论有所差距，明白理论和实践还是有差距的，我们不能只学理论而不实践，要多结合理论进行实践，这样才更加理解掌握知识，把理论应用于实践，从实践中得出结论。十 参考文献1王港元 编 电工电子实践指导 2006年2月 江西科学技术出版社2华成英 童诗白 编 模拟电子技术基础 2006年5月 高等教育出版社3王永洪 编 线性集成运算放大器及其应用 1989年2月 机械工业出版社4张郁弘 庄灿涛 著 晶体管运算放大器及其应用1978年9月 国防工业出版社5谢嘉奎 宣月清 冯军 编 电子线路（

13、线性部分） 1999年6月 高等教育出版社课程设计评分表学生姓名：周树平 班级：063122 学号：22课程设计题目：函数信号发生器项目内容满分实 评选题能结合所学课程知识、有一定的能力训练。符合选题要求（5人一题）10工作量适中，难易度合理10能力水平能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力10理论依据充分，数据准确，公式推导正确10能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等10能体现创造性思维，或有独特见解10成果质量总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。10说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理；分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰10设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准10有一定篇幅，字符数不少于500010总 分100