函数信号发生器课程设计报告.doc

《模拟电子技术》课程设计
函数信号发生器
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函数信号发生器

摘要
利用集成电路LM324设计并实现所需技术参数的各种波形发生电路。根据电压比较器可以产生方波，方波再继续经过基本积分电路可产生三角波，三角波经过低通滤波可以产生正弦波。经测试，所设计波形发生电路产生的波形与要求大致相符。

关键词：波形发生器；集成运放；RC充放电回路；滞回比较器；积分电路

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目录

中文摘要 1
1.系统设计 4
1.1设计指标 4
1.2方案论证与比较 4
2.单元电路设计 5
2.1方波的设计 5
2.2三角波的设计 8
2.3正弦波的设计 10
3．参数选择 11
3.1方波电路的元件参数选择 11
4．结果分析 11
5．工作总结 12
6．附录 12

1.系统设计
1.1设计指标
1.1.1 电源特性参数
①输入：双电源12V
②输出：正弦波>1V，方波≈12 V，三角波≈5V，幅度连续可调，线性失真小。
1.1.2工作频率
工作频率范围：10 HZ～100HZ ,100 HZ～1000HZ
1.2方案论证与比较
1.2.1 方案1：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形
主要是应用集成运放LM324，其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的,通过RC文氏电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波,并再次通过积分电路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。

1.2.2 方案2：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形
主要是应用集成运放LM324,其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的,
通过电压比较器可以形成方波,方波经过积分之后可以形成三角波,三角波再经过低通滤波可以形成正弦波,此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能,电路较简单,调试方便,相比第一方案,其操作成功率较低.

2.单元电路设计
2.1方波的设计
2.1.1原理图

2.1.2工作原理

矩形波发生电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要成分;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,因为输出状态应按一定时间间隔交替变化,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.
图所示的矩形波放生电路,它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成.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R3对电容C正向充电，反相输入端电位随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo就从+Uz跃变为—Uz，与此同时Up从+Ut跃变为—Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，或者说放电。反相输入端电位Un随时间t增长而逐渐降低，当t趋于无穷时，Un趋于—Uz；但是，一旦Un=—Ut,再稍减小，Uo就从—Uz跃变为+Uz，与此同时Up从—Ut跃变为+Ut，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
图2.3滞回比较器的电压传输特性 图2.4方波发生电路的波形

2.3三角波的设计
2.2.1原理图

图2.3 三角波发生电路原
2.4 三角波发生电路的波形图

2.2.2工作原理
积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测量2.6方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生.积分电路还可用于延时和定时。
在图2.3所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。 .
(式2.10)

(式2.11)

式中为初始状态时的输出电压。设初始状态时正好从-跃变为+，则式2.10应写成
(式2.12)
积分电路反向积分, 随时间的增长线性下降，根据图2.4所示电压传输特性，一旦，再稍减小，将从+跃变为-。使得式2.10变为
(式2.13)
为产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，随时间的增长线性增大，根据图2.3的电压传输特性，一旦，再稍增大,将从-跃变为+，回到初态，积分电路又开始反向积分。

2.3正弦波的设计

2.3.1工作原理

采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。图中采用的是简单的二阶低通滤波电路，与同相输入端电路类似，增加RC环节，可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大，电路如图所示。
输出三角波。三角波再经R10、C1积分网络，输出近似的正弦波。
总的原理图

3．参数选择
3.1方波电路的元件参数选择
3.2.1 稳压管
由于要求方波输出电压约等于12V，所以采用的稳压管的稳压约等于6V，所以应采用6.2V的稳压管两支。

电容
库房里可以提供0.1uF的电容，所以电路里都采用0.1uF的电容，

电阻

频率范围是10HZ～100HZ ,100HZ～1000HZ,

根据公式f=R2/(4*R1*R3*C)取

R1=2K
R2=5K
R3=100
RW1=5K
Rw2=100K

经过公式计算后得到接近的电阻阻值，再把数据代入到仿真软件进行仿真调整，得到正确的波形图和数值。

4.结果分析

实验结果和预先所设定的参数存在一定的误差，其中跟元器件的选择参数有关，在电子仿真软件中的电阻参数在库房里没有相吻合的参数，其次在实验焊接过程中也可导致误差，库房所提供的电阻其本身误差较大，综合各方面的考虑，实验结果的误差不可避免，而制作出来的电路板所能出现的波形，在一定程度上会出现失真现象。

5.工作总结
在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由于电路比较简单、定型，而不是真实的生产、科研任务，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。
在实验过程中收益最大的就是懂得如何去调试电路，查找电路的缺陷和看PCB图，通过自己动手更能对电路有更深刻的了解。
6.附录
原理图

电子仿真

1输出方波电路的仿真

图 输出方波电路的仿真

2方波—三角波电路的仿真

3. 三角波—正弦波电路的仿真