简易信号发生器课程设计.docx

1、简易信号发生器课程设计 模拟电子技术 课程设计说明书 课程名称：简易信号发生器设计 系 部：电气与信息工程系 专 业：自动化 班 级： 设计人： 学 号：同组成员： 指导老师： 时间：2010年6月 模拟电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系 年级：大二 专业：自动化 指导教师姓名学生姓名课题名称简易函数信号发生器内容及任务一、设计任务和要求（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；（2）输出信号的频率要求可调；（3）拟定测试方案和设计步骤；（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；（6）测量输出信号的幅度和频率；

2、（7）撰写设计报告。二、设计内容 设计一个电路能够产生正弦波、方波和三角波等三种波形。三、技术指标频率范围：100Hz1KHz 1KHz10KHz；输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。进度安排起止日期设计内容10年5月底认真理解相关电路知识10年6月初设计电路10年6月中制作pcb板等10年6月底制作文档，调试主要参考资料1 康华光 电子技术基础 5版 北京：高等教育出版社 20062 电路设计Protel 99及仿真 北京 中国铁道出版社 曾祥富主编 20003 Protel 99 SE 原理图与PCB及仿真 清源计算机工作室 编著

3、机械工业出版社 2004.14 Multisim电路仿真 王林根主编 高等教育出版社 2003答辩成绩指导教师评阅意见目 录第1章 函数发生器方案选择及原理框图 1.1 函数发生器方案选择（4） 1.2 总体框图（4）第2章 各部分电路设计及总电路图3.1 方波发生电路的工作原理（6）3.2 方波-三角波转换电路的工作原理 （6）3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 （9） 3.4电路的参数选择及计算 （10）第4章 EWB电路仿真及仿真结果 4.1 EWB软件的简单介绍 （14）4.2 方波-三角波发生电路的仿真（15） 4.3 三角波-正弦波转换电路的仿真（16）4.4 方波-三角波发

4、生电路的仿真实验结果（17）4.5 三角波-正弦波转换电路的仿真实验结果 （18）第5章 protel的仿真与电路板的制作5.1 protel99 SE 软件的简单介绍 （19）5.2 protel99中设计电路原理图的绘制（19）5.3 protel99中PCB图的设计与制作 （19）5.4 电路板的制作 （20）第6章 电路板的调试与误差分析6.1 方波三角波发生电路的调试 （21）6.2 三角波正弦波转换电路的调试 （21）6.3 总电路的调试 （21）6.4 调试中遇到的问题及解决方法 （22）6.5 误差分析 （22）第7章 实验总结（25）参考文献 （26）附录1 元器件清单（27

5、）附录2 EWB软件简要介绍（28）附录3 RROTEL软件简要介绍（29）第一章 函数发生器总方案及原理框图1.1 原理框图1.2 函数发生器的总方案 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。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 (如低频信号函数发生器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)。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晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。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

6、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，本课题中函数发生器电路组成框图如上图所示：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。第二章 各部分电路设计及总电路图3.

7、1 方波发生电路的工作原理用迟滞比较器构成的方波产生电路如图3-1所示，图中，R和C为定时元件，构成积分电路它把输出电压反馈到集成运算放大器的反向端，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。比较器主要部件为uA741芯片（相关信息将在后续章节介绍）。当Uo=UoH=+Uz时,电容C充电，电流流向如图3-1（a）所示，电容两端电压Uc不断上升，而此时同相端电压为上限门UT+。当Uc UT+时，输出电压变为低电平Uo=UoL=-Uz,使同向端电压变为下限门电压UT-，然后电容C开始放电，电流流向如图3-1（b）所示，电容上的电压不断降低，当Uc降低到UcUT

8、-时，Uo又变为高电平UoH,电容又开始充电但是，上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 （a） （b） 图3-1 方波产生电路3.2 方波-三角波转换电路的工作原理如果用线性积分电路代替方波产生电路的RC积分电路，则电容器两端就可获得理想的三角波输出。其电路图如3-2所示。波形如图3-3所示。若反馈网络断开，运算发大器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。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 当

9、比较器的U+=U-=0 图3-2 方波三角波产生电路 图3-3 电路输出波形时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则 （3-2-1） 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 (3-2-2)若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为 (3-2-3)比较器的门限宽度 (3-2-4)反馈网络断开后，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，则积分器的输出Uo2为 (3-2-5) 时， (3-2-6)时， (3-2-7)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

10、三角波，其波形关系如图3-2所示。反馈网络闭合，既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 (3-2-8) 方波-三角波的频率f为 (3-2-9) 3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理图3-4 三角波正弦波电路图三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。分析表明，传输特性曲线的表达式为： （3-3-1）式中 ：差分放大器的恒定电流（约为1mA）。：温度的电压当量，当室温为25时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为 （3-3-2）式中Um：三角波的幅度。 T：三角波的周期。3.4电路的参数选择及计算1 差分放大器元件参数确定输出电压为0.5

11、=1/2=0.5V,取,则IcQ=0.5V/1K=0.5mA，,取,则, 得。2 三角波-正弦波部分比较器A1与积分器A2的元件计算如下：由式（3-2-8）得即。取，则，取，RP1为47K的点位器。区平衡电阻。由式（3-2-9）即 （3-3-3）当时，取，则，取，RP2为100K电位器。 当1KHzf10KHz时，取以实现频率波段的转换，R4及RP2的取图3-5 波形变换值不变。平衡电阻取8.2 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要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=10

12、0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R确定。简易信号发生器EWB总电路图第三章 EWB电路仿真及仿真结果4.1 方波-三角波发生电路的仿真 图4-1 方波仿真图图4-2 三角波仿真图图4-3 方波三角波仿真图4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真图4-4 正弦波仿真图图4-5 三角波正弦波仿真图4.3 方波三角波发生电路的仿真结果表4-1 方波、三角波实验数据表4-2 方波图形结果分析要求数据仿真结果4.4 三角波正弦仿真测试结果表4-3 三角波、方波实验数据表4-4 波形转换电路的实验结果模拟仿真Ic1=Ic

13、2=0.5mA第四章 protel的仿真与电路板的制作 5.1 protel99中设计电路原理图的绘制 1、电路原理图设计的一般步骤 1） 启动protel99SE电路原理图编辑器。 2) 设置电路图图纸大小及版面。 3） 在图纸上放置需要的元器件。 4） 对所放置的元器件进行布局布线。 5） 对布局布线后的元器件进行调整。 6） 保存文档并打印输出。 2、本设计需用到的一般规则 该设计绘制的总原理图已在附录C中给出，在此不再赘附。在放置元器件时，如遇元器件找不到则需装载相应的元器件库。其基本步骤为：单击设计管理器中的browse sch选项卡单击add/remove按钮，屏幕将出现“change library list”对话框。在design explorer 99/library/sch文件夹下选取元件库文件，然后双击鼠标点击“OK”按钮即完成了添加。若再找不到该元件，则需自己用元件绘图工具制作。 5.2 protel99中PCB图的设计与制作1、PCB图设计的一般步骤 1） 按照相关步骤后，将网络报表导入编辑器即产生PCB图。 2） 手工编辑调整元件布局，并连线。 2、PCB布局需注意的问题排版应整齐美观，