第一篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器-課程設(shè)計(jì)2.

長(zhǎng) 安 大 學(xué) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課題名稱 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 班 級(jí) __******____ 姓 名 指導(dǎo)教師 *** 日 期

本次電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是指通過(guò)所學(xué)知識(shí)并擴(kuò)展相關(guān)知識(shí)面，設(shè)計(jì)出任務(wù)所 要求功能的電路，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的電路仿真，檢測(cè)并調(diào)整電路，設(shè)計(jì)功能完整的電路圖。我們所選擇的課設(shè)題目是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。

在資料收集后，將設(shè)計(jì)過(guò)程分為三部分：一是系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電路的系統(tǒng)思想，設(shè)計(jì)出能滿足電路功能的各個(gè)模塊，畫(huà)出系統(tǒng)的框圖。二是針對(duì)各個(gè)模塊分別設(shè)計(jì)電路的各個(gè)具體模塊的具體電路，并且分別進(jìn)行仿真和改進(jìn)。三是將所有的模塊綜合在一起，畫(huà)出系統(tǒng)總圖，并用multisim 軟件進(jìn)行仿真，針對(duì)仿真過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題仔細(xì)檢查，對(duì)比各個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選出最佳的方案，修改不完善的部分。

最后，對(duì)此次課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，反思自己在各個(gè)方面的不足，對(duì)設(shè)計(jì)方案中的各個(gè)思想進(jìn)行歸納總結(jié)，比較各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)每種設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用領(lǐng)域和使用范圍，為以后得學(xué)習(xí)實(shí)踐提供經(jīng)驗(yàn)。最終提高我們的學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力。

前言……………………………………………………………………………2 摘要……………………………………………………………………………4

第一章 數(shù)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)概述…………………………………………… 5 1.1總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇………………………………………… 5 1.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總體方案框圖…………………………………… 5 第二章單元電路設(shè)計(jì)分析………………………………………………… 6 2.1 信號(hào)發(fā)電路設(shè)計(jì)框圖………………………………………………6 2.2方波發(fā)生電路……………………………………………………… 7 2.3方波——三角波轉(zhuǎn)換電路………………………………………… 8 2.4三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路……………………………………… 9 2.5.5數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值…………………………… 11 第三章 電路的安裝與調(diào)試………………………………………………… 15 3.1方波產(chǎn)生的結(jié)果………………………………………………… 15 3.2方波轉(zhuǎn)換為三角波的結(jié)果……………………………………… 15 3.3三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的結(jié)果……………………………………… 16 3.4數(shù)字顯示頻率和幅值的結(jié)果……………………………………… 16 第四章 結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………… 17 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 17 附錄一 器件清單列表……………………………………………………… 18 附錄二 總體設(shè)計(jì)圖……………………………………………………… 18 收獲及體會(huì)……………………………………………………………………19 鳴謝……………………………………………………………………………20

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

摘要：本實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)發(fā)生器是根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的原理來(lái)輸出持續(xù)穩(wěn)定的方波，再通過(guò)轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)波形變化。通過(guò)對(duì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)掌握555多諧振蕩器產(chǎn)生占空比為1/2的方波，頻率和振幅的調(diào)節(jié)；掌握電路轉(zhuǎn)換的原理和實(shí)際電路圖，如方波轉(zhuǎn)換為三角波可通過(guò)簡(jiǎn)單積分電路或者通過(guò)帶有放大器的積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；三角波轉(zhuǎn)換為正弦波可通過(guò)低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)差分放大器的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)折現(xiàn)法實(shí)現(xiàn)。本課題要求輸出波形應(yīng)有： 方波、三角形、正弦波。要完成此方案的方法有許多，既可以使用分立元件（如低頻信號(hào)發(fā)生器S101全部采用晶體管），也可以采用集成電路（如單片集成電路函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038）。本課題決定采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生方波，通過(guò)積分產(chǎn)生三角波，再通過(guò)低通濾波產(chǎn)生正弦波。設(shè)計(jì)中多用到數(shù)電和模電中的知識(shí)，以充分復(fù)習(xí)和應(yīng)用自己已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)。

關(guān)鍵字：函數(shù)發(fā)生器 多諧振蕩器 積分電路 低通濾波 峰值檢波 設(shè)計(jì)要求：

1.信號(hào)頻率范圍1HZ ～100kHZ ；

2.輸出波形應(yīng)有： 方波、三角形、正弦波； 3.輸出信號(hào)幅值范圍0～10V ；

4.具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能。? 第一章、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)概述 ? 1.1 總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇：

方案一：通過(guò)RC 震蕩電路產(chǎn)生正弦波，然后經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器，產(chǎn)生三角波，在通過(guò)積分電路產(chǎn)生方波。其中，RC 震蕩電路為RC 橋式正弦振蕩電路，然后通

過(guò)放大器構(gòu)成過(guò)零比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)方波的轉(zhuǎn)換，在通過(guò)反向積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)方波到三角波的轉(zhuǎn)化。

方案二：可以由晶體管、運(yùn)放IC 等通用器件制作，更多的則是用專門(mén)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC 產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。方案三：可以按照方波——三角波——正弦波的順序來(lái)設(shè)計(jì)電路，其中，方波可以通過(guò)模電中的方波發(fā)生電路來(lái)產(chǎn)生，也可以通過(guò)數(shù)電中的555多諧振蕩電路來(lái)產(chǎn)生，方波到三角波為積分的過(guò)程，三角波到正弦波可以通過(guò)低通濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以利用差分放大器的傳輸非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)或者通過(guò)折現(xiàn)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

可行性分析：

縱觀以上N 種方案，對(duì)比如下，本著自己動(dòng)手的觀念，首先排除第二種用集成芯片的方法，因?yàn)檫@種方法對(duì)設(shè)計(jì)的要求太低；其次分析方案一可得其RC 橋式正弦震蕩電路的占空比受R 和C 共同影響，調(diào)節(jié)頻率時(shí)需要調(diào)節(jié)的元器件參數(shù)太多，比較繁瑣，并且此震蕩電路的頻率也不是很好的滿足設(shè)計(jì)的要求。所以綜上所述，選擇方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)本次的課程設(shè)計(jì)：555多諧振蕩器的頻率很好計(jì)算和調(diào)節(jié)，并且輸出的波形比較準(zhǔn)確；波到三角波的轉(zhuǎn)化可通過(guò)簡(jiǎn)單RC 積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；角波到正弦波可通過(guò)簡(jiǎn)單RC 低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)也可通過(guò)折現(xiàn)法或者差分法來(lái)實(shí)現(xiàn)。分析方案得：各個(gè)不分的實(shí)現(xiàn)有多種辦法，但也許理論上比較好的方法在實(shí)踐中由于環(huán)境的種種原因可能并不是最好的，所以最終的方案的細(xì)節(jié)有待在試驗(yàn)仿真中作

進(jìn)一步的確定。

? 1.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總體方案框圖

? 第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析 ? 2.1 信號(hào)發(fā)電路設(shè)計(jì)框圖

2.2方波發(fā)生電路

2．2．1方案選擇

方案一：占空比可調(diào)的矩形波放聲電路（模電知識(shí)，通過(guò)比較器和積分電路來(lái)現(xiàn)）。

方案二：改進(jìn)型555多諧振蕩器電路（數(shù)電知識(shí)，利用555定時(shí)器和積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)）。

對(duì)比如上兩個(gè)方案，方案一的頻率性較差，并且輸出電壓受到穩(wěn)壓二極管的影響，輸出電壓幅值不能改變；而方案二頻率調(diào)節(jié)理與方案一很是相似，但是方案二的頻率表達(dá)式比較簡(jiǎn)潔，容易計(jì)算，而且方案二的輸出電壓幅值的改變可通過(guò)對(duì)

555定時(shí)器的供電的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于占空比，已對(duì)原始的多諧振蕩器做了些許改動(dòng)，能達(dá)到1/2的要求。綜上，選擇方案二。

555定時(shí)器的工作原理 ：555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路，其組成電路框圖如圖22.32所示。555定時(shí)器有二個(gè)比較器A1和A2，有一

個(gè)RS 觸發(fā)器，R 和S 高電平有效。三極管VT1對(duì)清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對(duì)外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個(gè)由三個(gè)5kW 電阻組成的分壓器，由此可以獲得 和 兩個(gè)分壓值，一般稱為閾值。555定時(shí)器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。

參數(shù)計(jì)算：改進(jìn)型多諧振蕩電路主要改進(jìn)了電容充電和放電的回路，使得回路的時(shí)間常數(shù)相同即可，再此引入二極管來(lái)分開(kāi)充電和放電回路。

高電平，充電時(shí)間 T1=（R 3 +R5）Cln2=0.7（R 3 +R5）C 1 ； 低電平，放電時(shí)間 T2=（R 2 +R5）Cln2=0.7（R 2 +R5）C 1 ； 占空比 q= T1/（T1+T2）=（R 3 +R5）/（R 2 +R5）= 0.5 即要求R 3 = R 2 ； 所以方波周期T= T1+T2=0.7（（R 3 + R2 + 2R5）C 1）；

振蕩頻率 f=1/T=1.44/（（R 3 + R2 + 2R5）C 1）；

經(jīng)過(guò)計(jì)算，選取C1為200nF，R 3 = R2 =10歐姆。當(dāng)R5最大時(shí)，頻率即為1HZ（根據(jù)仿真結(jié)果），此時(shí)

f=1=1.44/（（10+10+2R5）*200*10E（-9））取 R5 =1M歐姆即可； f=100k=1.44/（（10+10+2R5）*200*10E（-9））取R 5=0時(shí)，f>100k； 綜上，取 R5 =1M歐姆即可滿足頻率范圍的要求。

2.3方波——三角波轉(zhuǎn)換電路原理圖 由積分電路構(gòu)成方波—三角波產(chǎn)生電路，方波經(jīng)反向積分電路積得到三角波。方案一：簡(jiǎn)單的積分電路（由電阻和電容構(gòu)成）。

方案二：帶有放大器的積分電路（由放大器和電阻電容構(gòu)成）。

對(duì)比如上兩個(gè)方案，在方波的頻率改變的情況下，都需改變充電電容，因?yàn)榉讲l率變大時(shí)，要求積分時(shí)間短，即電容的容量要小，以達(dá)到快速充電的要求，否則波形失真；當(dāng)方波頻率變小時(shí)，要求積分時(shí)間要長(zhǎng)，這時(shí)增大電容的容量，否則將產(chǎn)生梯形式的方波。兩個(gè)方案相對(duì)沒(méi)有理論上的優(yōu)劣，現(xiàn)選擇方案一。

原理：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的積分成正比的電路，稱為積分電路。

電路結(jié)構(gòu)如圖，積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理很簡(jiǎn)單，都是基于電容的沖放電原理，這里要提的是電路的時(shí)間常數(shù)R*C，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時(shí)間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。

RC 積分電路是一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用積分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。此外，RC 積分電路還可以用于延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生或變換。本課題采用RC 積分電路來(lái)產(chǎn)生三角波。

此部分的參數(shù)不需要具體的計(jì)算，可以在仿真實(shí)驗(yàn)中具體的連續(xù)調(diào)節(jié)，來(lái)找到最合適的電容大小?？傊l率變大，調(diào)節(jié)電容變??；頻率變小，調(diào)節(jié)電容變大即可。2.4三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路原理圖

方案選擇：

方案一：低通濾波電路（通過(guò)簡(jiǎn)單ＲＣ電路來(lái)實(shí)現(xiàn)）。

方案二：利用差分放大電路的傳輸曲線（差分放大器的非線性傳輸曲線）。

方案三：通過(guò)折線法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)比如上方案：

方案一利用低通濾波器將三角波變換成正弦波，將三角波按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)

其中Um 是三角波的幅值。根據(jù)上式可知，低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于三角波的基波頻率且小于三角波的三次諧波頻率。當(dāng)然，也可以利用帶通濾波器實(shí)現(xiàn)

上述變換；

方案二利用差分放大器的非線性傳輸曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體原理如下圖所示：

方案三的電路連接比較復(fù)雜，而且需要的元器件也比較多，調(diào)試也比較不方便。

綜上所述，及根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，方案二和方案三的結(jié)果波形并不理想，而且調(diào)節(jié)繁瑣，故選擇方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換。

2.5數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值 2.5.1基于OP37的峰值檢波系統(tǒng) 調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，通常稱為檢波。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波器、同步檢波器。不論哪種振幅調(diào)制信號(hào)，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進(jìn)行解調(diào)。但是對(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實(shí)現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號(hào)，通常將這種振幅檢波器稱為包絡(luò)檢波器。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器，而在集成電路中，主要采用三極管射極包絡(luò)檢波器。同步檢波，又稱相干檢波，主要用來(lái)解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)制信號(hào)，它有兩種實(shí)現(xiàn)電路。一種由相乘器和低通濾波器組成，另一種直接采用二極管包絡(luò)檢波。

本次課設(shè)采用OP37來(lái)進(jìn)行峰值檢波。11 2.5.2數(shù)碼管顯示電壓

AD 轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。逐次比較型（如TLC0831）

逐次比較型AD 由一個(gè)比較器和DA 轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB 開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n 次比較而輸出 數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低。2.5.3對(duì)于頻率計(jì)測(cè)頻率的方案如下：

方案一：利用做課程設(shè)計(jì)三題同學(xué)的設(shè)計(jì)電路，完成本次頻率設(shè)計(jì)的要求。方案二：利用VHDL 設(shè)計(jì)頻率計(jì)并用quartusII 進(jìn)行仿真。

本要求并不是此題目的重點(diǎn)，選擇方案一相對(duì)省時(shí)省力，故我們選擇方案一。13

? 第三章 電路的安裝與調(diào)試 ? 3.1 方波產(chǎn)生的結(jié)果

（555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生的方波）? 3.2 方波轉(zhuǎn)換為三角波的結(jié)果

（積分電路產(chǎn)生的三角波）15 ? 3.3 三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的結(jié)果

（二階低通濾波器產(chǎn)生的正弦波）? 3.4 數(shù)字顯示頻率和幅值的結(jié)果

? 第四章 結(jié)束語(yǔ)

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是本次課程設(shè)計(jì)的較難的一個(gè)題目，經(jīng)過(guò)十天的團(tuán)隊(duì)合作，我們勉強(qiáng)完成了本課題所需要求。本設(shè)計(jì)最大的特色就是信號(hào)發(fā)生流程相對(duì)簡(jiǎn)單明了，易于理解。但是，它的難度：電路對(duì)各元件的參數(shù)選擇要求比較高，調(diào)整波形相對(duì)而言不方便。這些問(wèn)題僅是受我們自身?xiàng)l件的限制，以及時(shí)間有限，還沒(méi)能完美解決。直接數(shù)字頻率合成器也就是DDS 卻可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。在過(guò)程中嘗試了一下，從理論到實(shí)際操作，雖然還有一段距離，但是，可以肯定，這是一個(gè)很不錯(cuò)的解決方法。

? 參考文獻(xiàn)

1林濤?《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》?清華大學(xué)出版社?2006年6月?（ISBN 978-7-302-12064-3）

2林濤?《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》?重慶大學(xué)出版社?2004年12月?(ISBN 7-5623-2831-X/TN?70

3黃志偉?全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽?北京航天航空大學(xué)出版社?2007年2月（ISBN978-7-81077-983-8）

4趙文博?新型常用集成電路速查手冊(cè)?人民郵電出版社?2006年1月（ISBN7-115-13821-4/TN?2578）

5王伊娜?Multisim8?國(guó)防工業(yè)出版社?2006年6月?（IBSN7-11804542-X）6.楊剛 周群 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 2005年1月 電子工業(yè)出版社（ISBN7-5053-9593-9）

7.謝自美 電子線路設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)，測(cè)試 2006年8月 ? 元件清單列表

總體框圖：（波形發(fā)生器）

（顯示模塊）收獲及體會(huì)

課程設(shè)計(jì)已悄然走到了尾聲，回顧此次課設(shè)，感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)際，在這短短的日子里，可以說(shuō)是苦多于樂(lè)。但是，通過(guò)自己動(dòng)手，學(xué)到了許多，不僅鞏固了以前很學(xué)的，也同時(shí)擴(kuò)展了相關(guān)的知識(shí)面。

我們拿到課題，想利用555定時(shí)器解決波形輸出，從各方面來(lái)看，利用數(shù)模電的思想完成此的設(shè)計(jì)，頗具優(yōu)勢(shì)。

然而，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和仿真過(guò)程中遇到許多困難，包括仿真元件的缺失，對(duì)于元件參數(shù)的不了解，導(dǎo)致無(wú)法選型，面對(duì)這些困難，我們查閱了相當(dāng)多的資料，包括查閱了些許元件的datasheet。我們做電子課程設(shè)計(jì)，最重要是在自己已接觸的知識(shí)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，鞏固所學(xué)，從而創(chuàng)新！我們使用單片機(jī)既不得心應(yīng)手，反而還失去了這次課程的意義。

在我們集體認(rèn)識(shí)課程設(shè)計(jì)的重要思想后，我們決定用數(shù)模電的思路，利用555定時(shí)器和其他基本元器件組成合適電路 在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，三角波轉(zhuǎn)換為正弦振蕩電路是其中比較有難度的一部分。第一次做，難免困難重重，主要是模電知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用不靈活，到實(shí)際中，無(wú)法確定具體元件的參數(shù)，具體的計(jì)算到實(shí)際電路中顯得無(wú)從下手，實(shí)際電路圖較原理圖更加的不好理解，這是自己的缺點(diǎn)，在以后要重點(diǎn)練習(xí)彌補(bǔ)。

最后，我感覺(jué)通過(guò)具體的實(shí)踐，自己動(dòng)手，深刻感知了實(shí)踐的重要性，明白了理解和應(yīng)用還是有所不同的，我們應(yīng)該朝著更高的要求即靈活的應(yīng)用去努力。

鳴謝

感謝楊兆輝老師，鄧秋霞老師的悉心指導(dǎo)，老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力、活躍的思想、以及平易近人的師長(zhǎng)風(fēng)范，也使我們受益匪淺。值此論文完成之際，謹(jǐn)向老師致以深深的敬意和衷心的感謝。同樣感謝我的同

組同學(xué)和其他的老師和同學(xué)們，感謝你們的無(wú)私幫助，成功不是屬于一個(gè)人的，而是屬于大家的。

評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱人： 日期： 21

第二篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

一 緒論

1.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用意義

函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件也可以是集成電路。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用有集成運(yùn)算放大器與晶體差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。具體方法是由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我們能將理論知識(shí)很好的應(yīng)用于實(shí)踐，不僅鞏固了書(shū)本上的理論知識(shí)，而且鍛煉了我們獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)電路、獨(dú)立思考的能力

1.2設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路

1.3設(shè)計(jì)要求

1）輸出各種波形工作頻率范圍：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。

2)輸出電壓：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。3)波形特征：幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。

4)選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì);計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫(huà)出各部分原理圖，闡述基本原理。

1.4設(shè)計(jì)方案

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是是由基礎(chǔ)的非正弦信號(hào)發(fā)生電路和正弦波形發(fā)生電路組合而成。由運(yùn)算放大器單路及分立元件構(gòu)成，方波——三角波——正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一般基本組成框圖如圖1所示。

圖1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器框圖

1、方波—三角波—正弦波信號(hào)發(fā)生器電路有運(yùn)算放大器及分立元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。他利用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波通過(guò)積分產(chǎn)生三角波輸出，三角波通過(guò)差分放大電路產(chǎn)生正弦波輸出。

2、利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波—正弦波的變換

波形變換原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，波形變換過(guò)程如圖2所示

圖 2 三角波和正弦波得轉(zhuǎn)換示意圖

由圖2可以看出，傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度Uim應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。

二

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器各單元電路的設(shè)計(jì)

2.1方波產(chǎn)生電路圖及元件參數(shù)的確定

2.1.1 方波產(chǎn)生電路 如圖3所示

圖 3 方波發(fā)生電路

2.1.2 元件參數(shù)的確定

圖3中U2構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波?？勺冸娙軨1具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。使產(chǎn)生的頻率范圍在10~~100Hz。方波振蕩周期

T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

C1的值可以改變電 R1=7K，R3=7K，R4=7K。

振蕩頻率 f = 1/T?？梢?jiàn)，f與C1成反比，調(diào)整電容路的振蕩頻率。圖中穩(wěn)壓管 D1 D2 為調(diào)整方波幅值，UP-P = D1 +D2。

2.2方波—三角波轉(zhuǎn)換電路圖及元件參數(shù)確定

2.2.1 方波—三角波轉(zhuǎn)換電路 如圖 4 所示

圖 4 方波-三角波電路圖

2.2.2 方波→三角波的參數(shù)確定

圖4中U2構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波?？勺冸娙軨1具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。運(yùn)算放大器U1與電阻R5及電容C2構(gòu)成積分電路，用于將U2電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。

圖中R6在調(diào)整方波—三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以調(diào)節(jié)可變電容C2。

三角波部分參數(shù)設(shè)定如下：

對(duì)于輸出三角波 其振蕩周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，f = 1/T。而要調(diào)整輸出三角波的振幅，則需要調(diào)整可變電容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。

2.3正弦波參數(shù)電路及元件參數(shù)確定

2.3.1 正弦波參數(shù)電路 如圖 5 所示

圖 5 三角波-正弦波電路圖

2.3.2正弦波的參數(shù)確定

.改變輸入頻率，是電路中的頻率一定時(shí)三角波頻率為固定或變化范圍很小。加入低通濾波器，而將三角波轉(zhuǎn)化為正弦波。在圖5中當(dāng)改變輸入頻率后，三角波與正弦波的幅度將發(fā)生相應(yīng)改變。由于

振蕩周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，C2為調(diào)節(jié)三角波的幅度使UP-P = 5V，R10調(diào)節(jié)輸出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波→正弦波的變換主要用差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。

2.4方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器整體電路圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，畫(huà)出方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖如圖 6 所示。

圖 6

方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖

3、電路的仿真調(diào)試

3.1 利用Multisim軟件畫(huà)出電路圖，模擬電路結(jié)果，觀察各波形的輸出。

3.1.1 方波、三角波產(chǎn)生電路的仿真波形如圖7所示

圖7 方波、三角波仿真圖形

3.1.2 方波—三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真 如圖 8 所示

圖 8 方波—三角波仿真圖形

3.1.3三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真

圖

三角波—正弦波仿真圖形

3.1.4 方波—三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真

圖

方波—三角波—正弦波仿真圖形

3.1.4結(jié)果分析

輸出電壓

方波信號(hào)接入示波器仿真，調(diào)節(jié)C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信號(hào)并接入三角波信號(hào)，調(diào)節(jié)C2，測(cè)得三角波峰峰值Upp=5 V；將正弦波信號(hào)接入示波器，調(diào)節(jié)R10，測(cè)得正弦波峰峰值Upp=3V。

第三篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)報(bào)告.

漳州師范學(xué)院 《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 年 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2012年4月3日 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 摘要

利用集成電路LM324設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)所需技術(shù)參數(shù)的各種波形發(fā)生電路。根據(jù)電壓比較器可以產(chǎn)生方波，方波再繼續(xù)經(jīng)過(guò)基本積分電路可產(chǎn)生三角波，三角波經(jīng)過(guò)低通濾波可以產(chǎn)生正弦波。經(jīng)測(cè)試，所設(shè)計(jì)波形發(fā)生電路產(chǎn)生的波形與要求大致相符。

關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器；集成運(yùn)放；RC 充放電回路；滯回比較器；積分電路 目錄

中文摘要..........................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)........................................................................................4

1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)................................................................................................................................4 1.2方案論證與比較....................................................................................................................4 2.單元電路設(shè)計(jì)................................................................................5 2.1方波的設(shè)計(jì)............................................................................................................................5 2.2三角波的設(shè)計(jì)........................................................................................................................8 2.3正弦波的設(shè)計(jì)........................................................................................................................8 3．參數(shù)選擇....................................................................................11 3.1方波電路的元件參數(shù)選擇...................................................................................................11 4.系統(tǒng)測(cè)試......................................................................................11 4.1正弦波波形測(cè)試..................................................................................................................11 4.2方波波形測(cè)試......................................................................................................................11 4.3三角波波形測(cè)試..................................................................................................................12 5．結(jié)果分析....................................................................................12

6．工作總結(jié)....................................................................................12 7．參考文獻(xiàn)....................................................................................13 8．附錄............................................................................................13 1.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)指標(biāo) 1.1.1 電源特性參數(shù) ①輸入：雙電源 12V ②輸出：正弦波V pp >1V，方波V pp ≈12 V，三角波V pp ≈5V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。

1.1.2工作頻率

工作頻率范圍：10 HZ～100HZ ,100 HZ～1000HZ 1.2方案論證與比較

1.2.1 方案1：采用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生要求的波形

主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的, 通過(guò)RC 文氏電橋可產(chǎn)生正弦波，通過(guò)滯回比較器能調(diào)出方波, 并再次通過(guò)積分電路就可以調(diào)試出三角波，此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能，電路較簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，是一個(gè)優(yōu)秀的可實(shí)現(xiàn)的方案。

1.2.2 方案2：采用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生要求的波形

主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324, 其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的, 通過(guò)電壓比較器可以形成方波, 方波經(jīng)過(guò)積分之后可以形成三角波, 三角波再經(jīng)過(guò)低

通濾波可以形成正弦波, 此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能, 電路較簡(jiǎn)單, 調(diào)試方便, 相比第一方案, 其操作成功率較低.2.單元電路設(shè)計(jì) 2.1方波的設(shè)計(jì) 2.1.1原理圖

2.1.2工作原理

矩形波發(fā)生電壓只有兩種狀態(tài), 不是高電平, 就是低電平, 所以電壓比較器是它的重要成分;因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩, 就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換, 所以電路中必須引入反饋, 因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定時(shí)間間隔交替變化, 即產(chǎn)生周期性變化, 所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間.圖所示的矩形波放生電路, 它由反相輸入的滯回比較器和RC 電路組成.RC 回路既作為延遲環(huán)節(jié), 又作為反饋網(wǎng)絡(luò), 通過(guò)RC 充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換.設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo 通過(guò)R3對(duì)電容C 正向充電，反相輸入端電位隨時(shí)間t 增長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)t 趨近于無(wú)窮時(shí)，Un 趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo 就從+Uz躍變?yōu)椤猆z，與此同時(shí)Up 從+Ut躍變?yōu)椤猆t。隨后，Uo 又通過(guò)R3對(duì)電容C 反向充電，或者說(shuō)放電。反相輸入端電位Un 隨時(shí)間t 增長(zhǎng)而逐漸降低，當(dāng)t 趨于無(wú)窮時(shí)，Un 趨于—Uz ；但是，一旦Un=—Ut, 再稍減小，Uo 就從—Uz 躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up 從—Ut 躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)始正向充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

圖2.3滯回比較器的電壓傳輸特性

2.2.2工作原理

積分電路是一種運(yùn)用較為廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微分方程的模擬，同時(shí)在控制和測(cè)量

2.6方波-三角波發(fā)生電路波形圖系統(tǒng)中，積分電路也有著廣泛運(yùn)用，利用其充放電過(guò)

程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)，定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生.積分電路還可用于延時(shí)和定時(shí)。在圖2.3所示三角波發(fā)生電路圖中，將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算電路的輸出就得到三角波電壓。.U O 3=-? I C 1 =-U O 2dt C RC ?(式2.10

U O 3=-1 U O 2(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.11 式中 U O 2(t 0 為初始狀態(tài)時(shí)的輸出電壓。設(shè)初始狀態(tài)時(shí)U O 2正好從-U Z 躍變?yōu)?+U Z，則式2.10應(yīng)寫(xiě)成 U O 3=-1 U Z(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.12 積分電路反向積分, U O 2隨時(shí)間的增長(zhǎng)線性下降，根據(jù)圖2.4所示電壓傳輸特性，一旦U O 2=U T-，再稍減小，U O 2將從+U Z 躍變?yōu)?U Z。使得式2.10變?yōu)?/p>

U O 3=-1 U Z(t 2-t 1+U O 2(t 1(R 4+R W C(式2.13 為 U O 2(t 1

U O 2 產(chǎn)生躍變時(shí)的輸出電壓。積分電路正向積分，U O 2 隨時(shí)間的增

長(zhǎng)線性增大，根據(jù)圖2.3的電壓傳輸特性，一旦U O 2=U T +，再稍增大, U O 2將從-U Z 躍變?yōu)?U Z，回到初態(tài)，積分電路又開(kāi)始反向積分。

2.3正弦波的設(shè)計(jì)

2.3.1工作原理

采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡(jiǎn)單的二階低通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加RC 環(huán)節(jié)，可以使濾波器的過(guò)渡帶變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。

輸出三角波。三角波再經(jīng)R10、C1積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似的正弦波?？偟脑韴D

4C 3．參數(shù)選擇

3.1方波電路的元件參數(shù)選擇 3.2.1 穩(wěn)壓管

由于要求方波輸出電壓約等于12V，所以采用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓約等于6V，所以應(yīng)采用6.2V 的穩(wěn)壓管兩支。

電容

庫(kù)房里可以提供0.1uF 的電容，所以電路里都采用0.1uF 的電容，電阻

頻率范圍是10HZ ～100HZ ,100HZ～1000HZ, 根據(jù)公式f=R2/(4*R1*R3*C取 R1=2K R2=5K R3=100 RW1=5K Rw2=100K

經(jīng)過(guò)公式計(jì)算后得到接近的電阻阻值，再把數(shù)據(jù)代入到仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)整，得到正確的波形圖和數(shù)值。

4.系統(tǒng)測(cè)試 4.1方波波形測(cè)試

由于在電路圖中方波的幅值約等于+12V，所以只要電路沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，阻值選擇合適，那么波形就可以出來(lái)。

4.2三角波波形測(cè)試

同樣保持電路完整，接入電源，通過(guò)調(diào)節(jié)RW1可改變?nèi)遣ǚ导邦l率，通過(guò)調(diào)整RW2使電路的周期發(fā)生變化，同時(shí)頻率也發(fā)生變化。

4.3正弦波波形測(cè)試

將電源電路接入變壓器使雙電源輸出 12V，通過(guò)調(diào)節(jié)RW1、RW2可調(diào)節(jié)正弦波的峰峰值和頻率。

5.結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)先所設(shè)定的參數(shù)存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數(shù)有關(guān)，在電子仿真軟件中的電阻參數(shù)在庫(kù)房里沒(méi)有相吻合的參數(shù)，其次在實(shí)驗(yàn)焊接過(guò)程中也可導(dǎo)致誤差，庫(kù)房所提供的電阻其本身誤差較大，綜合各方面的考慮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差不可避免，而制作出來(lái)的電路板所能出現(xiàn)的波形，在一定程度上會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。

6.工作總結(jié)

在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。動(dòng)手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué)到的模電知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。但由于電路比較簡(jiǎn)

單、定型，而不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以我們基本上能有章可循，完成起來(lái)并不困難。把過(guò)去熟悉的定型分析、定量計(jì)算逐步，元器件選擇等手段結(jié)合起來(lái)，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。這對(duì)今后從事技術(shù)工作無(wú)疑是個(gè)啟蒙訓(xùn)練。通過(guò)這種綜合訓(xùn)練，我們可以掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法，提高動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn)的基本技能，培養(yǎng)分析解決電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事電子實(shí)驗(yàn)實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中收益最大的就是懂得如何去調(diào)試電路，查找電路的缺陷和看PCB 圖，通過(guò)自己動(dòng)手更能對(duì)電路有更深刻的了解。

7.參考文獻(xiàn) 元件清單表 附錄1 器件清單

附錄2 原理圖

4C 附錄3 電子仿真 3.1輸出方波電路的仿真 圖 輸出方波電路的仿真 3.2方波—三角波電路的仿真

3.3 正弦波電路的仿真 16 17

第四篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì).

模

擬 電 路 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告

中原工學(xué)院

（2012年6月24日）

目錄

1、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)、要求及步驟

2、設(shè)計(jì)方案的選擇

3、電路設(shè)計(jì)主要的技術(shù)指標(biāo)

4、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路原理分析

5、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器元件參數(shù)的選擇

6、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的安裝和調(diào)試

7、課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法

8、課程設(shè)計(jì)的仿真

9、試驗(yàn)評(píng)價(jià)與問(wèn)題分析

10、課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)

11、附錄

姓 名 班級(jí) 題函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

目

設(shè)計(jì)一函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，設(shè)能輸出方波和三角波兩種 計(jì)波形

任 1．輸出為方波和三角波兩務(wù) 種波形，用開(kāi)關(guān)切換輸出；

學(xué)號(hào)

學(xué)院

電子信息學(xué)院

時(shí)間進(jìn)度原

始 參資 考料 文和 獻(xiàn)

2．輸出電壓均為雙極性； 3．輸出阻抗均為50Ω； 4．輸出為方波時(shí)輸出電壓峰值為0~5V可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200Hz ~ 2KHz可調(diào)。

5．輸出為三角波時(shí)輸出電壓峰值為0~5V可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200Hz ~ 2KHz可調(diào)。

18周 星期一布置設(shè)計(jì)方案，預(yù)設(shè)計(jì)。18周 星期二領(lǐng)設(shè)備、安裝

18周 星期三至周四安裝、調(diào)試教師檢查

18周 星期五、六、日寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

主 要

一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)、要求及步驟 1.設(shè)計(jì)任務(wù)

a.輸出為方波和三角波兩種波形，用開(kāi)關(guān)切換輸出； b.輸出電壓均為雙極性； c.輸出阻抗均為50Ω；

d．輸出為方波時(shí)輸出電壓峰值為0~5V可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200Hz ~ 2KHz可調(diào)。

e．輸出為三角波時(shí)輸出電壓峰值為0~5V可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200Hz ~ 2KHz可調(diào)。2.設(shè)計(jì)要求

a.電路原理圖繪制正確（或仿真電路圖）； b.掌握EWB仿真軟件的使用和電路測(cè)試方法； c.電路仿真達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

d.完成實(shí)際電路，掌握電路的指標(biāo)測(cè)試方法； e.實(shí)際電路達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

f.原理圖（草圖）要清楚，標(biāo)注元件參數(shù)

g.正式原理圖、接線圖： A4打印EWB畫(huà)圖。

h.要求用統(tǒng)一格式封面；

i.使用中原工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告專用紙。j.圖要頂天立地，均勻分布，合理布局

3、設(shè)計(jì)步驟

a.原理了解，清楚設(shè)計(jì)內(nèi)容。

b.原理及連線圖繪制，仿真結(jié)果正確。

c.安裝實(shí)際電路。

d.調(diào)試，功能實(shí)現(xiàn)。

e.教師檢查及答辯。

f.完成設(shè)計(jì)報(bào)告。

2、設(shè)計(jì)方案的選擇

函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與二階低通濾波器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器

3、電路設(shè)計(jì)主要的技術(shù)指標(biāo)

1.輸出為方波和三角形兩種波形，用開(kāi)關(guān)切換輸出；

2.輸出電壓均為雙極性； 3.輸出阻抗均為50Ω

4.輸出為方波時(shí)輸出電壓峰值為0—5V可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200Hz—2KHz可調(diào)。

5.輸出為三角波時(shí)輸出電壓峰值為0—5V可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200Hz—2KHz可調(diào)。

4、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路原理分析

方波產(chǎn)生電路原理圖如下：

原理分析： 此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路即作為遲滯環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC沖、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz，則同相輸入端電位Up=+Ut,Uo通過(guò)電阻對(duì)電容C正向充電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位n 隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是Un=+Ut，再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?UT。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容反相充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)T趨

于無(wú)窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Uz再減小，UO就從-Uz躍變?yōu)?Uz，UO從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)是正向充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

三角波發(fā)生器的原理圖如下：

在三角波信號(hào)發(fā)生器電路原理上增加了一級(jí)放大器，目的是為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)和輸出阻抗阻抗為50Ω.工作原理：

如圖所示，在電路的左邊為同相滯回比較器，右邊為積分運(yùn)算電路。同相滯回比較器的輸出高低電平分別為Uoh=+Uz，Uol=-Uz 積分運(yùn)算電路的輸出電壓uo作為輸入電壓，A1同鄉(xiāng)輸入端的電位 Up1=uo1·R1/(R1+R2+R6+Uo·(R2+R6/(R1+R2+R6 令Up1=Un1=0，并將uo1=±Uz帶入得

±Ut=±Uz·R1/(R2+R6 電路的振蕩原理

合閘通電，通常C 上電壓為0。設(shè)Uo1↑→ Up1↑→ Uo1↑↑，直至Uo1 ＝ Uz；積分電路反向積分，t↑→ Uo↓，一旦Uo過(guò)－ Ut，Uo1從＋ Uz躍變?yōu)椋?Uz。積分電路正向積分，t↑→ Uo↑，一旦Uo過(guò)

＋ Ut，Uo1從－ Uz躍變?yōu)椋?Uz，返回第一暫態(tài)。重復(fù)上述過(guò)程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。由于積分電路反向積分和正向積分的電流大小均為Uo1/(R3+R7，使得U0在一個(gè)周期內(nèi)的下降時(shí)間和上升時(shí)間相等，且斜率的絕對(duì)值也相等，因而將方波轉(zhuǎn)換為三角波。

主要參數(shù)估算： 1振蕩幅值

在如圖所示的三角波—方波發(fā)生電路中，因?yàn)榉e分電路的輸出電壓就是同相滯回比較器的輸入電壓，所以三角波的幅值為±Uom=±Ut=±Uz·R1/R2

因?yàn)榉讲ǖ姆禌Q定于由穩(wěn)壓管組成的限幅電路，所以 Uoh=+Uz，Uol=—Uz 振蕩周期

在圖3中，在振蕩的二分之一周期內(nèi)，起始值為—Ut，終了值為+UtUt=Uz·T/2·1/R3·C-Ut

得到T=4·R1·(R3+R7·C/(R2+R6

積分器的輸出Uo=—1/（R3+R7）·∫Uo1dt Uo1=+Vcc時(shí)，Uo2=—（+Vcc）·t/(R3+R7·C1

可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。

圖4 方波—三角波的波形變換

比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)回路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波——三角波，三角波的幅度為

Uo2=Vcc·R1/(R3+R7 方波——三角波的頻率為

f=(R2+R6/4R1(R3+R7 所以有以下結(jié)論：

1.電位器R7在調(diào)節(jié)方波——三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度，若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C1改變頻率的范圍，R7實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。

2.方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc,三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓+Vcc,電位器Rf2可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波——三角波的頻率。

五、方波三角波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器元件參數(shù)的選擇

1、方波信號(hào)發(fā)生器元器件及參數(shù)的選擇

a.運(yùn)算放大器的選擇

根據(jù)指標(biāo)要求，主要采取雙電源、通用、無(wú)需調(diào)零型運(yùn)放，可選擇741，在這次設(shè)計(jì)里選擇的是358.b.電源電壓的選擇：選擇電源電壓15V左右。

c.穩(wěn)壓二極管的選擇：考慮輸出電壓和電源電壓的要求，可選擇穩(wěn)壓值約為10V的穩(wěn)壓管，例如1N4007等。

d.頻率參數(shù)的選擇：輸出信號(hào)的頻率為200~2KHZ可調(diào)，決定信號(hào)頻率的元件為Rf1、Rf2、C、R2、R1.可取R1/R1+R2 =0.47則f=1/2(Rf1+Rf2C,即得R1=4.7KΩ,R2=5.1KΩ電容可取1uF以下的，Rf可以取幾千歐到幾百千歐之間，為使頻率可調(diào)，選擇Rf2為電位器。Rf2最小時(shí)，應(yīng)有f=1/2RfC=1/2Rf1C=2000HZ,Rf2最大時(shí)，應(yīng)該有f=1/2RfC=1/2(Rf1+Rf2C=200HZ。若取C=0.033uF,計(jì)算出Rf1=7.6KΩ,Rf2=68.4KΩ。

e.幅度參數(shù)選擇：輸出信號(hào)的幅度為0~5V可調(diào)，決定信號(hào)的幅度元件為R4、R5的參數(shù)，由于輸出穩(wěn)壓管的電壓幅度為10V，所以要使R5是R4的一半，達(dá)到降壓的目的，選擇R4=10KΩ,R5=4.7KΩ的電位器。

2、三角波信號(hào)發(fā)生器元器件及參數(shù)的選擇 a.運(yùn)算放大器、電源電壓、穩(wěn)壓二極管的選擇 同方波發(fā)生器的選擇相同 b.頻率參數(shù)的選擇：

輸出信號(hào)的頻率為200-2KHZ可調(diào)，決定信號(hào)頻率元件為R7、R4、C、R1、R2。f=R2/4R1(R4+R7C

可取R1/R2=1則f=1/4(R4+R7C。

取R1=10KΩ，R2=10KΩ,則U0m=Uz，電容可取1uF以下的，R4+R7可取幾千歐到幾百千歐之間，為使頻率可調(diào)，選擇R7

為電位器。R7最小時(shí)f=1/4R4C=2000HZ, R7最大時(shí)，應(yīng)有f=1/4(R4+R7C =200HZ.若取C=0.033uF，計(jì)算出R7=72.8KΩ，R4=3.3KΩ。c.幅度參數(shù)選擇：

輸出信號(hào)的幅度為0~5V可調(diào)，決定信號(hào)幅度的元件為R8、R9的參數(shù)。由于輸出穩(wěn)壓管的電壓幅度為10V，所以R9是R8的一半，達(dá)到降壓的目的，選擇R8=10KΩ，R9=4.7KΩ的電位器。

六、方波三角波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的安裝和調(diào)試

1.安裝

a.將358集成塊插入插槽，注意布局。

b.分別把各電阻放在合適的位置尤其注意電位器的結(jié)法。c.按圖連線，注意直流源的正負(fù)及接地端。2.調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路 a.接入電源后用示波器進(jìn)行觀察

b.調(diào)節(jié)Rf2觀察方波頻率變化情況，調(diào)節(jié)R5觀察方波的幅值，使幅值達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。

c.調(diào)節(jié)R7觀察三角波頻率變化，調(diào)節(jié)R9觀察幅值變化，使之達(dá)到規(guī)定數(shù)值。3.記錄調(diào)試數(shù)值

方波：調(diào)節(jié)電位器Rf5在示波器上讀取測(cè)量f（最小值）=195HZ.f（最大值）=1950HZ。幅值=4.8v。

三角波：調(diào)節(jié)電位器R7在示波器上讀取f（最小值）=190HZ,f（最大值）=1980HZ

在實(shí)驗(yàn)讀取誤差允許的范圍內(nèi)，符合實(shí)驗(yàn)要求。

七、課程設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決方法

1.排版時(shí)因?yàn)閮蓚€(gè)

741在一起，使設(shè)計(jì)的圖與現(xiàn)實(shí)的連接圖有一些不一樣，排版需要重新畫(huà)出連接圖；

2.排版時(shí)器件不是太擠就是太寬，導(dǎo)致不好焊接。這個(gè)我想是因?yàn)槲覀兪堑谝淮巫鏊詻](méi)經(jīng)驗(yàn)，相信下次排版一定不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題；

3.焊接時(shí)器件不好固定，在焊時(shí)容易掉。因此焊接時(shí)先焊高度比較低的儀器，如電阻等；

焊接時(shí)由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，也為了方便，我們?cè)诎宓谋趁嬗昧撕枚嘁_，而不是只用電線再正面，導(dǎo)致板面很美觀，今后焊接一定會(huì)注意到這點(diǎn)

8、方波三角波產(chǎn)生電路的仿真

方波電路圖如下：

三角波電路圖如下

方波—三角波總電路原理圖如下

方波仿真圖：

三角波仿真圖：

PCB封裝圖：

九、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與問(wèn)題分析

1、理論知識(shí)掌握尚不牢固

由于對(duì)模擬電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)不扎實(shí)，導(dǎo)致了在對(duì)課程設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器原理的理解上存在困難。例如不能弄清楚部分電阻與電容在電路中的所起的作用。另外由于知識(shí)面較窄，有部分元件的工作原理未能夠理解。由于對(duì)安全知識(shí)的缺乏，本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還存在對(duì)調(diào)試重要性認(rèn)識(shí)不夠的問(wèn)題。我們?cè)谥谱魍瓿珊瘮?shù)信號(hào)發(fā)生器后，沒(méi)有進(jìn)行檢查。

2、缺乏鍛煉，焊接技藝不嫻熟

由于我們平時(shí)基本未能夠接觸到焊接，所以在本次實(shí)驗(yàn)中顯得經(jīng)驗(yàn)不足。存在了電烙鐵操作不正確，焊接過(guò)程浪費(fèi)了較多焊錫，元件焊接不美觀等問(wèn)題。焊接過(guò)程中電烙鐵多次碰到了電線、塑料等易燃品，所幸發(fā)現(xiàn)及時(shí)，未損壞物品，未造成危險(xiǎn)；剪引腳時(shí)方法不正確導(dǎo)致剪斷的引腳射出。

3、課題設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)選擇不當(dāng)，有些電阻過(guò)大或是過(guò)小，造成了結(jié)果的偏差；

4、所領(lǐng)的元器件跟仿真時(shí)的的參數(shù)不完全相同，元器件的標(biāo)稱值與實(shí)際的不符；

5、所用的儀器和所處的環(huán)境對(duì)課題結(jié)果有干擾；

6所有的元器件都是用電烙鐵給烙上去的，在烙的時(shí)候溫度會(huì)上升會(huì)影響電路的性能；

7、自己的焊接技術(shù)不好，在工藝上無(wú)形的改變了某些參數(shù)，對(duì)電路造成了許多的影響。

8、問(wèn)題的解決：在動(dòng)手制作之前，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，了解用函數(shù)發(fā)生器的工作原理，認(rèn)真學(xué)習(xí)焊接技巧。實(shí)驗(yàn)前做好實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，提高工作效率。務(wù)必注意重視制作過(guò)程中的安全問(wèn)題，電烙鐵溫度較高不可觸碰到電線，因此在進(jìn)行焊接之前應(yīng)當(dāng)整理好桌面。

十、課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)

“實(shí)踐是檢驗(yàn)一切真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，我想這句話不僅僅在中國(guó)社會(huì)主義建設(shè)上是正確的，也是同樣適用于學(xué)習(xí)的過(guò)程。模擬電子技術(shù)是和我們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系相當(dāng)密切的，在這學(xué)期學(xué)習(xí)完成該課程后，我便了解到了其對(duì)用電器的重要性。同時(shí)，我們也渴望將自己所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中，渴望擁有自己制作的用電器，渴望成功之后的喜悅。當(dāng)然，最重要的是自己動(dòng)手制作可以讓我們更透徹地掌握課本的知識(shí)，提高我們的動(dòng)手能力

通過(guò)本次課程，我了解到了自己在理論知識(shí)方面的許多不足。對(duì)于課本的知識(shí)點(diǎn)，只是表面的認(rèn)知，并不能夠運(yùn)用自如。其次，自己動(dòng)手能力差，未能嫻熟掌握焊接技巧。通過(guò)此次課程，我也充分認(rèn)識(shí)到了安全問(wèn)題的重要性。此外，在此次課程中，讓我感受最深的一句話

是：好的計(jì)劃是成功的一半。如果我不做任何計(jì)劃便開(kāi)始動(dòng)手的話，工作起來(lái)效率較低。

這次課程，不但是一次學(xué)習(xí)知識(shí)的機(jī)會(huì)，更是一次多方面提高自我素質(zhì)的機(jī)會(huì)。我學(xué)會(huì)了如何提高效率和搭檔進(jìn)行分工合作。一個(gè)個(gè)的非知識(shí)性問(wèn)題擺在了我的面前。這些我們從課本是學(xué)不到的，但對(duì)于我們自身來(lái)講確是相當(dāng)重要的?？傊@次的實(shí)習(xí)讓我受益匪淺！

11、附錄

參考資料

1.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）康華光 高等教育出版社 2.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 童詩(shī)白 華成英 高等教育出版社

3.模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 電氣工程系 中原工學(xué)院電子電工教研室 4.電子線路課程設(shè)計(jì) 華永平東南大學(xué)出版社

5.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 高吉祥 電子工業(yè)出版社 6.電工電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì) 華容茂 電子工業(yè)出版社

7.模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 李曉荃 LM358資料：

元件清單：

類型 電阻 1K 4.7 K 6..8 K 5.K1 470 滑動(dòng)變阻器3.3 K 4.7 K 芯片

規(guī)格 10K

4個(gè) 2個(gè) 1個(gè) 1個(gè) 1個(gè) 68 K

1個(gè) 1個(gè) LM358

數(shù)量 備注 4個(gè)

1個(gè)

2塊

核心插槽 電容 二極管 Pc板 導(dǎo)線 錫絲 電源 示波器

8管腳 0.033uF 1N4047A 110*70 多股皮包線

0.8mm

1塊

2只 4只 1塊

若干

若干

1臺(tái)

1臺(tái)

穩(wěn)壓管

直流穩(wěn)壓 雙蹤

實(shí)際焊接效果圖

第五篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

⑴ 設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生正弦波、矩形波（方波）和三角波（鋸齒波）的函數(shù)發(fā)生器，本信號(hào)發(fā)生器可以考慮用專用集成芯片（如5G8038等）為核心實(shí)現(xiàn)。⑵ 信號(hào)頻率范圍： 1Hz∽100kHz；

⑶ 頻率控制方式：

① 手控通過(guò)改變RC參數(shù)實(shí)現(xiàn)；

② 鍵控通過(guò)改變控制電壓實(shí)現(xiàn)；

③ 為能方便地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，建議將頻率分檔；

⑷ 輸出波形要求

① 方波上升沿和下降沿時(shí)間不得超過(guò)200nS，占空比在48%∽50%之間；② 非線性誤差≤2%；

③ 正弦波諧波失真度≤2%；

⑸ 輸出信號(hào)幅度范圍：0∽20V；

⑹ 信號(hào)源輸出阻抗：≤1Ω；

⑺ 應(yīng)具有輸出過(guò)載保護(hù)功能；

⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能。