多波形发生器.docx

1、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：100Hz100kHz；（2）输出电压调节范围：正弦波有效值Vo=（05）V，锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=（010）V；（3）在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp6V；（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%；

2、（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100Hz100kHz，正弦波有效值Vo=（05）V，锯齿波、矩形波峰峰值Vop

3、p=（010）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

4、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=0=1/RC或f=f0=1/2RC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=0=1/RC时，经选频网络传输到放同相端的电压与同相，即有这样放大电路和由和组成的反馈

5、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。若再满足略大于，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，

6、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/R5TH=(2R13Rw1C)/R5,TL=(2R13Rw2C)/R5T=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100Hz50KHz，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80Hz5KHz，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：33，取R3=1k,则Rf3k，取Rf用5k可调电位

7、器即可满足。f=1/2RC属于100100kHz，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1R2电阻2M1R3,R4,R17电阻1K

8、3R5,R10,R12,R15电位器5K3R6,R7电阻10K2R8电阻5001R9电阻501R11电位器5001R13，R14电阻2K2R16电位器50K1R22电阻2701DoubleR1双联可调电阻250K1S3,S4,S5,S6,S7,S12两档三脚开关6S1三档八脚开关1D5,D6稳压管1N47342D1,D2,D3,D4二极管1N40074C1,C5瓷片电容68PF2C2，C4瓷片电容680PF2C3，C6瓷片电容6800PF2C7瓷片电容1C8电解电容1LM324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

9、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100100KHz的要求，原因估计是LM324并不能实现如理想状态功能七、结

10、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