方波三角波正弦波函数信号发生器概要.docx

1、方波三角波正弦波函数信号发生器概要 课程设计说明书 课程设计名称： 电子课程设计 课程设计题目：设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 电子信息科学与技术 班级： xxxxxxxx 学号： xxxxxxx 姓名： xxxxx 评分： 教师： xxxxxx 20 13 年 10 月 15 日 电子课程设计 课程设计任务书20 13 20 14 学年 第 1 学期第 1 周 3 周 题目设计制作一个方波-三角波-正弦波函数转换器内容及要求 输出波形频率范围为0.02Hz20KHz且连续可调； 正弦波幅值为2v ；方波幅值为2v ； 三角波峰峰值为2v

2、，占空比可调。进度安排1.根据任务要求，查阅相关资料，完成设计前的前期工作：2天；2根据资料，进行方案设计并对比论证，完成参数计算：2.5天；3领取元器件，连接电路完成电路调试：3天；4提交报告：12周学生姓名：xxx指导时间：第1-3周指导地点： 综合楼中506室任务下达2013年9月2日任务完成2013 年 9 月 22 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师xxx系（部）主任贾杰注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。摘 要当今世界在以电子信息技术为前提下推动了

3、社会跨越式的进步，科学技术的飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。由此可见科技已成为各国竞争的核心，尤其是电子通信方面更显得尤为重要，在国民生产各部门都得到了广泛的应用，而各种仪器在科技的作用性也非常重要，如信号发生器、单片机、集成电路等。信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。常用超低频信号发生器的输出只有几种固定的波形，有方波、三角波、正弦波、锯齿波等，不能更改信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用LM324振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。本系统本课题将介

4、绍由LM324集成电路组成的方波三角波正弦波函数信号发生器的设计方法，了解多功能函数信号发生器的功能及特点，进一步掌握波形参数的测试方法，制作这种低频的函数信号发生器成本较低，适合学生学习电子技术测量使用。制作时只需要个别的外部元件就能产生正弦波、三角波、方波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。关键字：信号发生器、波形转换、LM324目 录目 录 1前 言 2第一章 设计内容及要求 31.1、设计任务和要求 31.2、设计目的 3第二章 系统设计方案 42.1本系统方案包括三个部分 42.2硬件电路方案设计 4第三章 各单元电路的工作原理 63.1方波发生电路 63.2

5、方波-三角波转换电路 83.3三角波-正弦波转换电路 9第四章 安装、调试与结果分析 114.1 软件仿真 114.2 安装电路 114.3 实物调试及故障分析与排除 12实验小结 13参考文献 14附录 151.总原理图 152.电路元器件清单 163.芯片简介 17前 言随着社会的发展与科技的进步，各式各样的电子产品涌向市场，人们对电子产品的需求量也越来越大，对产品的性能要求也越高。作为一名电子类的大学生，在学习理论知识的同时也应增强学生的动手能力，电子课程设计为大学生提供了一个大的平台，将理论知识与实践相结合。信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领

6、域。本次实验是设计制作一个方波-三角波-正弦波函数信号发生器。通过各个途径查找资料，从而设计出理想的电路图并仿真；方案通过后开始制作电路板，需进行排版、焊接、布线等操作；电路板制作完后就进行调试，通过调试可检查电路板是否合格。其中方案设计及电路分析思路值得学生学习和研究，从而将该方案更好地应用到课程设计中。 第一章 设计内容及要求1.1、设计任务和要求 设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器 要求： 1输出波形频率范围为0.02Hz20KHz且连续可调2正弦波幅值为2v3方波幅值为2v4三角波峰峰值为2v，占空比可调1.2、设计目的 1 巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课

7、程所学知识的能力。2 培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。3 通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件;初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4 了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。5 培养严肃、认真的工作作风和科学态度第二章 系统设计方案2.1本系统方案包括三个部分1、比较器电路2、积分器电路3、差分放大器电路 2.2硬件电路方案设计 比较器输出的方波经积分器得到三角波

8、，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。由比较器和积分器组成方波三角波产生电路如下图2.1所示：图2.1 设计框图系统设计电路总图如图2.2所示 图2.2系统设计电路总图第三章 各单元电路的工作原理3.1方波发生电路因为方波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平（如图3.1所示），所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈

9、；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。方波电压状态如下图3.1所示： 图 3.1 方波电压状态此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成（如图3.2所示）。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。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R1对电容C正向充电。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦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R1对电容C反向充

10、电。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=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。方波发生电路如下图3.2所示：图 3.2 方波发生电路欲改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同，即两个充电回路的参数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，从而实现占空比可调如下图3.3所示：图 3.3占空比可调电路占空比的计算式为：。3.2 方波-三角波转换电路将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压（如图3.4所示）。当方波发生

11、电路的输出电压Uo=+Uz时，积分运算电路的输出电压Uo将线性下降；而当Uo=-Uz时，Uo将线性上升。积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压Uo1，而且Uo1不是+Uz，就是-Uz。设初态时正好从-Uz跃变为+Uz，则积分电路反向积分，Uo随时间的增长线形下降，一旦Uo=-Ut，再稍减小，Uo1将从+Uz跃变为-Uz。积分电路正向积分，Uo随时间的增长线形增大，一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo1将从-Uz跃变为+Uz，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自激振荡，三角波发生电路如下图3.5所示：图 3.4 三角波发生电路 方波-三角波波形图如下图3.5所示：图3.5

12、方波-三角波波形3.3三角波-正弦波转换电路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，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放大器传输特性曲线的非线性。正弦波电路如下图3.6所示： 图 3.6 正弦波发生电路为使输出波形更接近正弦波：（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。（3） 图为实现三角波正弦波变换的电路。其中R4和R12调节三角波的幅度，R13调整电路的对称性。电容C1为隔直电容，C2和C3为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。第四章

13、 安装、调试与结果分析4.1 软件仿真将上述设计方案进行仿真得到如下结果：（1）方波-三角波-正弦波仿真图如下图4.1所示：图4.1方波-三角波-正弦波仿真图仿真是对电路可行性的理论分析，是检验电路正确性的辅助手段。设计时按照理论计算选取的电路参数，带入进行仿真后，基本得到设计的参数要求，即方波幅值为2v，三角波峰峰值为2v，正弦波幅值为2v。4.2 安装电路1. 将LM324装上电路板，设计并排版，使各元件易于焊接且美观；2. 分别把各电阻及电容放入适当位置，尤其注意电位器和稳压管的接法，由于本电路用到了三个LM324，所以应明确各管脚的接线位置，并将电阻电容等焊在易于连线的位置，避免短路、

14、少焊、虚焊等问题，也使电路易于检查；3. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。4.3 实物调试及故障分析与排除将LM324的4脚和11脚分别接正负电压，接上示波器观察波形。首先分别调试各电路，在调试方波发生电路时，发现虽然有波形产生，但幅值偏小，达不到要求，多次检查后发现，LM324所接的是5V电压，当调整至15V电压后，幅值增大，基本达到设计要求。之后调试三角波发生电路，发现也是幅值达不到要求，并且波形部分失真，又进行了仿真，并在电路板上插线连接模拟了真实电路，改变了电路参数，之后达到了设计要求。最后调试正弦波发生电路，起初没有波形产生，后将万用表打至蜂鸣档检查电路各连接点是否短路和电路焊接

15、是否正确，找到了问题，发现有一处出现了少焊，重新焊接后，有波形产生，但发生了严重失真，于是又进行仿真，再次用电路板插线连接模拟真是电路，改变电路参数，使波形达到设计要求，但是频率范围比较窄，改变了图中某些元件的参数（变换了电容）后，重新调试，基本达到了设计要求。各波幅值达到设计要求后，又对参数进行了调整，使其频率在0.02Hz20KHz且连续可调。实验小结 经过两个星期的课设实验，收获了挺多的。前一个星期大都是在图书馆或是电脑上花费的，主要是查找实验相关的资料并设计出合理的实验方案，单就方案设计就让人头疼，不过依靠现在发达的科技以及图书馆的丰富的资料，终于设计出了合理的方案。方案设计以及仿真都

16、还是挺顺利的，在老师的检查下，方案得到了老师的认可，接下来便是制作转换器电路板。在这方面，存在挺多问题的，象是电路排版，焊接，都挺难的，总之要细心加耐心。焊接是个技术活，要多次练习焊接，才能焊出好的作品，不会出现虚焊，焊盘脱落。做了两个电路板，都出现了虚焊，在调试过程中都不理想，波形出不来，只有先检查电路，再检查焊的有没问题，检查多次才找出了问题，好多处都出现了虚焊以及电路设计方面还有待改进，于是又重新调整了一下电路，并重新制作。通过和搭档的不懈努力终于将第三块板焊好了，调试波形也出来了，唯一一点不足就是频率范围窄了点，达不到要求，在张老师和欧老师的指导下，我们改变了电路中电容的值，经过老师的

17、多次指导，频率范围变宽了，基本达到了要求。这次课设实验感受挺多的，其实整个阶段挺快乐，同时让我明白了：只有实践了，你才能得出正确的答案，而理论，你只能当做参考，理论得到实践才是真知。这次课程设计的经历将是作为财富而不仅仅是经验。课程设计就是将理论知识在实际中验证，应运于实际这才是学习的目的。参考文献1童诗白主编模拟电子技术基础（第四版）北京. 高等教育出版社2李万臣主编模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社，2001.33胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京. 高等教育出版社，20004邓谦、刘清平、张琦、黄丽贞主编.电子技术事件2(低频电子线路)实验指导书.南昌航空大学电子信息工程学

18、院电子实验实践教学中心5电子设计应用2009年第5期 国家一级科技期刊6电子器件2009年第32卷 第3期 中国科技核心期刊7电子线路课程设计北京.电子工业出版社附录1.总原理图2.电路元器件清单主要元件规格稳压管两个芯片一个LM324电阻一个1K一个8.2K五个10K一个47K电位器一个50一个200K两个1M电容三个0.1F一个1F 3.芯片简介LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器，芯片外观如图1所示。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应 图1 外观图用场合中采用外部偏置元件的必要性。LM324的引脚排列如图2所示：4和11为直流电源输入管脚，图中有四组运放，每组运放的功能和特点均相同，使用时可以任选其一。例如，2和3管脚分别是信号反相和同向输入端，1管脚是信号输出端。使用时注意若芯片发烫，则此组运放可能已经烧坏，可以改用另一组运放使用。