函数信号发生器设计报告.doc

目 录1设计得目得及任务1、 课程设计得目得1、2课程设计得任务与要求函数信号发生器得总方案及原理图、电路设计原理框图 2、2电路设计方案设计 各部分电路设计及选择3、1方波发生电路得工作原理、2 方波、三角波发生电路得选择、三角波-正弦波转换电路得选择3、4总电路图4电路仿真与调试4、1 方波-三角波发生电路、三角波正弦波转换电路得仿真与调试 4、2方波-三角波发生电路、三角波-正弦波转换电路得实验结果 CB制版 6 设计总结仪器仪表明细清单8 参考文献1课程设计得目得与设计得任务1、1 设计目得1.掌握用集成运算放大器构成正弦波、方波与三角波函数发生器得设计方法2、学会安装、调试与仿真由分立器件、调试与仿真由分立器件与集成电路组成得多级电子电路小系统。2、2设计任务与要求： 设计一台波形信号发生器,具体要求如下：1 输出波形：方波、三角波、正弦波.2 频率范围 ：在1 Hz-10Hz, 10 Hz，10H -100H等三个波段。3、频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率。4。输出电压:方波UP24,三角波8,正弦波UP-1V。5、合理得设计硬件电路,说明工作原理及设计过程，画出相关得电路原理图。6、选用常用得电器元件（说明电器元件选择过程与依据)。、画出设计得原理电路图，作出电路得仿真。8、提交课程设计报告书一份，A图纸两张,完成相应答辩.函数发生器总方案及原理框图2、1 原理框图 三角波发生器(积分器)方波发生器(比较器)正弦波发生器(比例放大器)图1- 整体原理框图2、2 函数发生器得总方案 函数发生器一般就是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形得电路或仪器。产生正弦波、方波、三角波得方案有多种，如首先产生正弦波,然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得电路设计方法。本课题中函数发生器电路组成框图如下所示:由比较器与积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出得方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波得变换电路得基本结构就是比例放大器,对不同区段内比例系数得切换,就是通过二级管网络来实现得。如输出信号得正半周内由D13控制切换，负半周由4D6控制切换。电阻Rb1Rb3与a1Ra3分别组成分压器,控制着各二极管得动作电平。3。各组成部分得工作原理及选择3、方波发生电路得工作原理假设t=0时电容上得电压c0，而滞回比较器得输出端为高电平，即Uo=Uz、则集成运放同相输入端得电压为输出电压在电阻1,2上分压得结果,即： +=R1*z/(R1+R2）此时输出电压Uz将通过电阻向电容C充电,使电容两端得电压Uc升高,而此电容两端得电压接到集成运放得反向输入端,即U=U_、当电容上得电压上升到U-=U+时,滞回比较器得输出端将发生跳转,由高电平跳变为低电平，使Uo=z,于就是集成运放同相输入端得电压也立即变为U+=-*Uz/（1+2）,然后又重复刚才过程、如此电容反复地进行充电放电,滞比较器得输出端将再次发生跳转,于就是 产生了正负交替矩形波、3、2方波-三角波发生电路得选择方案一:方波三角波产生电路工作原理如下：若a点断开,运算发大器A1与R、2及3、P1组成电压比较器,C为加速电容,可加速比较器得翻转.运放得反相端接基准电压，即U-0，同相输入端接输入电压U，R1称为平衡电阻。比较器得输出Uo1得高电平等于正电源电压Vc,低电平等于负电源电压-e(+Vcc=|Ve）,当比较器得U+=U=时，比较器翻转,输出o从高电平跳到低电平-Vee，或者从低电平ee跳到高电平Vcc。由计算可以得到以下结论:1. 电位器在调整方波三角波得输出频率时,不会影响输出波形得幅度。若要求输出频率得范围较宽,可用C1改变频率得范围,R2实现频率微调.2. 方波得输出幅度应等于电源电压+Vc.三角波得输出幅度应不超过电源电压+Vc.电位器P1可实现幅度微调,但会影响方波三角波得频率。方案二：此电路可以产生较好得方波与三角波,频率基本符合要求,但就是在调试得过程中，发现频率不能太大,既不能有高频得信号，那时会失真。3、三角波-正弦波转换电路得工作原理方案一:三角波-正弦波得变换电路三角波-正弦波得变换电路主要由差分放大电路来完成。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。特别就是作为直流放大器，可以有效得抑制零点漂移，因此可将频率很低得三角波变换成正弦波。波形变换得原理就是利用差分放大器传输特性曲线得非线性。分析表明：（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好;（2） 三角波得幅度Um应正好使晶体管接近饱与区或截止区.（3） 图为实现三角波正弦波变换得电路。其中Rp1调节三角波得幅度,Rp调整电路得对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器得线性区电容C1，2,为隔直电容，C4为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。方案二： 三角波转换正弦波电路折线法就是一种使用最为普遍且实现也较简单得正弦函数转换方法。折线法得转换原理就是：根据输入三角波得电压幅度,不断改变函数转换电路得得传输比率,也就就是用多段折线组成得电压传输特性,实现三角函数到正弦函数得逼近,我采用了有源正弦函数转换电路，转换电路除二极管、电阻网络外，还包括放大环节，也就是根据三角波电压得幅度,不断增加或减少网络通路以改变改变转换电路得放大倍数,输出近似得正弦电压波形。在/2时间内均匀地设置六个断点,以作为七段逼近或校正,每段按时间均匀得分布为T/14。若设正弦波在过零处得斜率与三角波得相同，即d(VSn2/T)/dt在t0时为4VimT则有Vo2Vim/0、64Vim;由此,可推断出各断点上应校正到得电平值:1、Vo2与Vo3。Vim=8v,所以Vom=2/;Vim=5、1v;o1=Vi(/T/14)2、22V V2Vosn(2TT/）4、0V VoVomsin(2/1)、98V电路方案:它得基本结构就是比例放大器,对于不同区段得比例系数得切换就是通过二极管网络来实现得。如输出信号得正半周内由1D2控制切换,负半周内由D4D6控制切换，电阻Rb1-3与Ra1Ra3分别组成分压器,控制着各二极管得动作电在- T/区段内，要求D均不导通，此时V0与VI得比例关系为：V01/T14=f/R（Vi/T/14)由Vo1=、22V，Vi=8V，可得Rf/Ri=0、7,若取Ri=10k，则f=9、7 k在/14-T/7区段,要求D1导通,D2D6均截R,此时Vo与VI得比例关系应为:（o-Vo1）/ T14=（Rfa1)/Ri（Vim /4) (Rfa)/Ri0、78Ra135、5 k同理(Vo3-Vo)/ /（RfRa2)/i(Vim / T14) (RRa2)/Ri=、 Ra27、 k (Vom-Vo)/ T/14(RfR)Ri（Vim / T/14）(RfRa3)Ri0、 Ra3=、06k同时,为控制1得动作电平，要求1点上得电平U满足下列关系:V1Ra1/(Ra1+Rb1）(o1）Vd1或Rb1/（a+Rb1)Vo1=VRa1(Ra+a)V设计时,为避免Rb1对放大器比例关系得影响要求b1Ra1所以，上式又可简化为：Uo1VDRa1/Rb1 取D=0、V则有b1=VRa1、=5 Vo2V+2/Rb3 R2=2、3 o3VD+R3/Rb3V则 b=0、1k3、4总电路图4 电路仿真与调试4、 方波-三角波发生电路得仿真与调试、安装方波三角波产生电路、 把两块41集成块插入面包板,注意布局;3、 分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器得接法;4、 按图接线,注意直流源得正负及接地端。首先我接入了7得滑动变阻器，接入电源后，用示波器进行双踪观察；发现波形正常，但就是通过频率计得测试,发现频率较低，并且可调范围较窄,故不能符合要求，因此我尝试了45k、10k、250k、00k以及其以上得电阻，发现滑动变阻器太大也不会有较大变化，因此我选用了后两种，但就是后来调电容得时候,发现50k得比较适合！同理，电容也经过这个过程，我从0、1uf开始以一定得宽度调节，最终发现,频率太小或太大都会导致波形失真,经过反复比较,最终选定了1uf、0n、10这个范围最为合适！且波形较好.在调好频率之后,想到调整幅度,通过反复更换R2、R3、R4发现没有显著得变化，故而改变稳压管以及直流电源,最终使幅度达到要求!第一：我们使用滞回比较器与积分器组合电路,她们互为输入，故而只需要调整滑动变阻器就可以调整出相应得波形,频段得调节由电容决定,我们要求做三个频段得频率，因此每要求一个频段,就选择相应得电容,打下相应得开关，结果如下表所示。方波发生器得波形三角波发生器波形这个波形就是方波与三角波同时发生并显示在同一示波器上,两个发生器就是互相互为输入得故而她们得波也就是相互影响得，调整效果时，只需调示波器即可。效果如图: 方波三角波发生器波形第二:三角波-正弦波转换电路得仿真与调试1、绘制三角波-正弦波变换电路在面包板上接入比例放大电路,注意各电阻对应与接线;由于此电路来源于现学课本，因此只要根据要求得幅度计算各电阻值即可.、调试三角波-正弦波变换电路由于计算值有小数,故而要对数值进行近似,可能近似得当，在电阻方面,没有太多得调整. 我们使用得就是折线法,因此正弦波会不很光滑，这也就是正常得,因为输入得三角波并不就是如同发生器中得波形那么标准,故而会有些平滑，另一个原因就是我采用得就是七点折线计算，选点不多会有不少误差在选定好相应得电容之后,要想调多大得频率,只需要调整滑动变阻器就可以了.至于波形美观性，我们可以调整示波器得水平比例 与竖直比例,原理就就是改变加在示波器中得电压，从而使相应得扫描变宽。如果波形有些失真,可以通过改变相应得比例放大器中各电阻得比率,从而改变效果。此波图就是三角波与正弦波同时在一个示波器中显示,即三角波转换成正弦波得效果图三角波转换成正弦波图第三:总电路得安装与调试把两部分得电路接好,进行整体测试、观察因为三角波转换成正弦波时电压有一定得要求，所以在整体调整得过程中,只对稳压管进行适当得调节即可，最终就就是测试各频段得效果,结果表明满足要求调试中遇到得问题及解决得方法方波-三角波-正弦波函数发生器电路就是由三级单元电路组成得，在调试多级电路时通常按照单元电路得先后顺序分级装调与级联。各调试过程如上所述。4。2 电路得实验结果1uffmin=1Hfma=13H=10nfi=7Zmx=5HZC10nffmin=97HZmax=1、2kHZ每当一个电容工作时,其她电容得开关就是处于闭合状态,无论就是测什么数据都就是通过那三个点来测量，表格中显示得就是测试时实测得频率范围,由于她大于要求范围，所以就是满足得。R0KVc12、17V（方波）Vc=7、787V(三角波）Vc3=、297V（正弦波）至于电压幅值,误差在允许得范围之内。当调整频率得时候,可变得电压会发生变化,想要那个值只需调滑动变阻器即可方波得电压由稳压管决定,所以她就是基本不变得，三角波得会因为滑动变阻器得变化会有变化,进而影响正弦波得电压幅值.5PC制版首先,我们开启prl软件,建立新得文件，在其上绘制原理图，并与multisim中仿真得一样,完成连线,注意连线要到位,否则会无法制版线连接好后,对每一个元件进行封装，在界面中找好相对应得原件,在原理图中,将原件一一封装，然后将其导入到制图界面，手工调整好整体布局后，要与原理图一致,自动布线就完成了!如果对效果不满意,还可以进行手工布线！制图如下:在制作过程中,需要注意个元器件得布置,特别就是原理图,由于她没有自动节点连接,故而很容易造成PCB无法制版,其次就是要对各个集成运放得接口进行标号,在接线时要一一对应否则无法制版。再次就是个元器件得标号要清晰,在布图时,我们要对应于原理图进行布局，没有好得标号会导致一些错误。最后就是在手工绘制PCB线时，尽量避免各线相交叉，我们通常通过让线从元器件上通过得办法来解决这个问题。最后一个问题就是打印，由于我们得板子就是双层得,再加上底色就是黑色得,打印出来得效果不好,很多连线都不能瞧清,所以在这方面得设置要注意。6.实验总结通过对此课程得设计，我不但知道了以前不知道得理论知识,而且也巩固了以前知道得知识。最重要得就是在实践中理解了书本上得知识,明白了学以致用得真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计得原因。她就是为了教会我们如何运用所学得知识去解决实际得问题，提高我们得动手能力。 这次课程设计让我认识到设计就是让我们提升动手能力得绝好机会，这也能让我们可以把以前学到得理论知识在实践中得到认证,我期盼在今后得课程中能得到更多像这样得机会让同学们得到锻炼同时通过这次对函数波形发生器得设计与制作,让我更加了解了一些设计电路得程序，也让我了解了关于函数波形发生器得原理与设计理念，设计一个电路时只有先通过仿真,仿真成功之后再实际接线使我了解了Prote,ultsim等软件及其运用,这次设计还使我认识到,电路设计需要耐心，需要一种整体得思维，而且遇到点问题很正常,关键要学会分析问题，善于解决问题,很多东西要弄懂弄透，不断积累经验。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还就是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。通过这段时间不懈得努力与切实追求,我们小组终于做完了课程设计。通过这次课程设计,我掌握了常用元件得识别与测试；熟悉了常用得模拟软件得使用及调试; 其次,这次课程设计提高了我得团队合作水平，使我们配合更加默契,体会了在接好电路后测试出波形得那种喜悦。在实验过程中,我们也遇到了不少得问题比如:波形失真,甚至不出波形这样得问题。经过反复选择、参考和老师、同学得帮助,把问题一一解决了，那种心情别提有多高兴啊.实验中暴露出我们在理论学习中所存在得问题，有些理论知识还处于懵懂状态,老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。这次课程设计让我学到了很多,不仅就是巩固了先前学得模电得理论知识,还未下学期开设得CB课程打下了基础。希望今后类似这样课程设计、类似这样得锻炼机会能更多些!7仪器仪表清单设计所用仪器及器件:。直流稳压电源4台2双踪示波器2台3。万 用 表2只.运 放a741(3片)5.电位器500K（1只）6。电容：1F、10nF、n(1只） 7、电阻10k四只,1k两只，0一只,60、两只，k两只，150两只,3k两只，165两只，25k两只8、开关三只9、稳压管两只10、二极管六只.11、频率计一只8。参考文献童诗白主编.模拟电子技术基础(第四版)。北京：高教出版社李万臣主编.模拟电子技术基础与课程设计、哈尔滨工程大学出版社 沈尚贤主编、 电子技术导论（下册)、高等教育出版社朱卫东主编、 电子技术实验教程、 清华大学出版社陈锦林主编、 电路设计与制版快速入门，人民邮电出版社