多波形信号发生器.doc

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五邑大学 信息工程学院

课 程 设 计 报 告

课程名称： 低频课程设计
专 业： 交通工程
班 级： AP08041
学 号： 14
姓 名： 黄佳佳
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五邑大学 信息工程学院

课 程 设 计 报 告

课程名称： 低频课程设计
专 业： 交通工程
班 级： AP08041
学 号： 14
姓 名： 黄佳佳
指导教师： 周开立
设计时间： 10.29----11.22
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，方波的信号发生器
2．要求：
（1）输出频率调节范围：100Hz~100KHz;
（2）输出电压调节范围：正弦波有效值V0=（0~5）V，锯齿波，方波峰峰值Vopp=(0~10)V;
(3)在负载电阻上的电压峰峰值Vopp>6V；
(4)方波占空比调节范围：10%~90%；
（5）锯齿波上升和下降的时间比调节范围：10%~90%；
（6）供电电源电压：220V，50Hz
二、课题分析与方案选择
本设计要求实现一个信号发生器，能够产生正弦波，三角波和方波,且要求输出波形的频率，幅度均可调。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定；可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生；利用单片集成芯片的函数发生器；利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器。根据《低频电子技术基础》所学的知识和电子实习中对Protel SE99的运用可以设计由分立器件组成多信号发生器。对于函数信号产生电路，一般有多种实现方案，如模拟电路实现方案、数字电路实现方案(如DDS方式)、模数结合的实现方案等。本次课程设计是针对低频的，故采用模拟电路实现方案。
方案一、正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波，其电路框图如下图所示。

这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。
方案二、由三角波，方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过转换电路（差分放大器），将三角波换成正弦波信号，其电路框图如下所示：

差分电路比较复杂，故采用方案一的电路图。

三、单元电路分析与设计
1．原理分析及设计计算

RC桥式正弦振荡电路：RC桥式正弦振荡电路如图2-2所示。其中R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。R3、RW及R4组成负反馈网络。

当：R1=R2=R，C1=C2=C时，电路的振荡频率 ：
起振的幅值条件：

调节R2可以改变正弦波的频率，调节RW可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件

迟滞比较器的电路图如下图所示。该比较器是一个具有迟滞回环传输特性
的比较器。由于正反馈作用，这种比较器的门限电压是随输出电压V0的变化而变化。在实际电路中为了满足负载的需要，通常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的电压值 和 。

迟滞比较器 迟滞比较器电压传输特性
方波和三角波发生器由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。如下图所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器

方波和三角波发生器的工作原理：
A1构成迟滞比较器
同相端电位Vp由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得：

当 Vp＞0时，A1输出为正，即VO1 = +Vz；当 Vp＜0时，A1输出为负即VO1 =-Vz。
A2构成反相积分器
VO1为负时，VO2 向正向变化，VO1 为正时，VO2 向负向变化。假设电源接通时VO1=-Vz，线性增加。
当 时有：

当VO2上升到使Vp略高于0V时，A1的输出翻转到VO1=+V02
当VO2下降到使Vp略低于0时，VO1 =-Vz 。这样不断的重复，就可以得到方波VO1和三角波VO2。其输出波形如图2-6所示。输出方波的幅值由稳压管DZ决定，被限制在稳压值±Vz之间。

电路的振荡频率：

方波幅值： =±
三角波幅值： =
调节 可改变振荡频率，
但三角波的幅值也随之而变化
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如左图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

2．仿真分析（有仿真电路图）
按照正弦波发生电路，在Multisim10中搭建好原理图 。在仿真的过程中我们发现：当R4=2K（2K是我们的实验前的计算理论值）时，缓慢调节电位器RW1，我们发现，不容易达到起振的条件；于是我们增大R4的值，使它等于4.7K,这时当我们再次调节RW1电阻时，很容易使电路起振，并且我们得到了很好的正弦波形。仿真的波形如下图所示：

按照方波、三角波发生电路，在Multisim10中搭建好原理图，在仿真条件下方波、三角波发生电路产生的波形如下图所示：

四、总原理图及元器件清单
1．总原理图

2．元件清单
序号
名称
主要参数
数量
备注
R1
可变电阻
10K
1

R2
电阻
4.7K
1

R3
电阻
4.7K
1

R4
电阻
10K
1

R5
电阻
1K
1

R6
可变电阻
50K
1

R7
可变电阻
10K
1

R8
电阻
10K
1

R9
电阻
20K
1

C1
电容
223
1

C2
电容
103
1

C3
电容
222
1

D1 ， D2
二极管
1N4148
各1个

D3 ，D4
稳压管
5V
各1个

U
集成芯片
LM324
1

五、安装与调试
1．调试过程描述
我们在做好电路板后，将电路和示波器接通进行调试。在对电容 C3的选择上我们调试了很久，我们用不同型号的电容，最后发现用在222型号的电容波形的线性度更好。在我和11号韩捷的辛勤努力下，已经成功完成了正弦波、方波、三角波电路的设计与实现。通过仿真与实际电路的调试都表明设计的电路原理正确，效果也很明显。我们调试总体比较成功，由于时间比较紧，对于电路的定量分析方面的工作还有待于进一步深入。
2．实物照片

六、性能测试与分析
在性能测试中，总体上达到了要求指标，但在方波频率的调节上我们的电路出了一点故障，在其他波形的的性能测试中，都达到了预期的效果。
七、结论与心得
总结本次的课程设计，真的是收获颇多。在这几天的时间里，我们做了很多事，在做事的过程中学到了很多。首先我很用心地分析了课题，其次，我进行了理论计算，查找相关资料，进行分析。在这次课程设计中我们温习了在电子实习时学的电气设计软件Protel 99SE和Multisim,真的是一次获益匪浅的经历。这是一个小电路，最后我便根据实际情况进行了三次调试:第一次、我在面包板上进行实物搭接调试，这时我们发现实验误差大，不稳定，且外界干扰大；第二次，我们用Protel 99SE,Multisim 7软件进行模拟仿真，并对原先的电容、电阻进行改进，使波形达到最佳效果；第三次，我们按照仿真最佳组合进行电路的焊接、调试，由于器材的有限和不足，输出波形并未达到完全的预期效果。
八、参考文献
[1] 张文荣.模拟电子技术课程教学新探[J]. 河北能源职业技术学院学报.2004,4(3).
[2] 余道衡，徐承和. 电子电路手册[M].  北京：北京大学出版社， 1996
[2]Protel 99 SE 电路设计实用手册 余家春 编著 中国铁道出版社
[3]电工电子实践初步 李桂安 主编 南京，东南大学出版社
[4]电路设计Protel 99及仿真 北京，中国铁道出版社 曾祥富主编，2000
[5]Multisim电路仿真 王林根主编 高等教育出版社 2003
[6]6502/6502A/6504/6506系列20/40/60MHz双通道四踪示波器 操作手册
[7]电工技术 王岩 编著 高等教育出版社 2001
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课 程 设 计 报 告

课程名称： 低频课程设计
专 业： 交通工程
班 级： AP08041
学 号： 14
姓 名： 黄佳佳
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