第一篇：信號發(fā)生器設計（推薦）

模擬課程設計題

信號發(fā)生器設計

設計一個能夠輸出正弦波、三角波和矩形波的信號源電路，電路形式自行選擇。輸出信號的頻率可通過開關(guān)進行設定，具體要求如下：

（１）輸出信號的頻率范圍為100~800Hz，步進為100Hz。（60分）

（２）要求輸出信號無明顯失真，特別是正弦波信號。（30分）

評分標準：

（１）范圍滿足設計要求得滿分，否則酌情扣分。

（２）輸出信號無明顯失真可滿分，有明顯失真酌情扣分。

發(fā)揮部分（附加10分）：

進一步擴大輸出信號范圍和減小步進頻率。

第二篇：函數(shù)信號發(fā)生器設計

函數(shù)信號發(fā)生器設計設計任務與要求

⑴ 設計并制作能產(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，本信號發(fā)生器可以考慮用專用集成芯片（如5G8038等）為核心實現(xiàn)。⑵ 信號頻率范圍： 1Hz∽100kHz；

⑶ 頻率控制方式：

① 手控通過改變RC參數(shù)實現(xiàn)；

② 鍵控通過改變控制電壓實現(xiàn)；

③ 為能方便地實現(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間不得超過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 輸出信號幅度范圍：0∽20V；

⑹ 信號源輸出阻抗：≤1Ω；

⑺ 應具有輸出過載保護功能；

⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號頻率和電壓幅值功能。

第三篇：簡易信號發(fā)生器設計

《單片機原理及應用》課程設計任務書 課程設計題目：簡易信號發(fā)生器設計

一、設計目的和要求

（一）、設計目的通過設計簡易信號發(fā)生器，完成系統(tǒng)設計、編碼、調(diào)試及維護工作的實踐，了解單片機應用系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握硬件系統(tǒng)和軟件設計的一般方法。

（二）、設計要求

1.設定功能：能通過按鍵設定信號類型、頻率

2.顯示功能：通過數(shù)碼管或液晶顯示當前波形類型和頻率。

3.計數(shù)功能：能設定自動輸出多少個周期該波形后停止輸出，直到再次按下觸發(fā)按鈕

二、設計內(nèi)容及步驟

1.系統(tǒng)分析，完成系統(tǒng)分析報告

2.根據(jù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、課程實驗，查閱資料，確定系統(tǒng)各個模塊的譯碼電路和地址范圍以及其它硬件型號，詳細畫出系統(tǒng)硬件原理圖。

3.程序流程圖，編制程序。

4.調(diào)試修改顯示子模塊、鍵盤掃描子模塊、定時器中斷子模塊和主程序

5.編寫課程設計報告

內(nèi)容包括：題目、摘要、目錄、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻等。學生在完成上述全部工作之后，應將全部內(nèi)容以先后順序?qū)懗稍O計報告一份，闡述整個設計內(nèi)容，要求重點突出、特色鮮明、語言簡練、文字通暢，字跡工整。報告要求在專用報告書上書寫。

6.完成課程設計報告，設計報告字數(shù)不得少于3000 字撰寫要求如下： ·設計任務

·問題定義、理論分析

·理論設計（程序功能結(jié)構(gòu)、算法說明和程序框圖）

·上機調(diào)試（實驗環(huán)境、實驗說明和程序清單）

·結(jié)果分析

·心得體會

三、進度安排

按教學計劃規(guī)定，單片機原理及應用課程設計總學時為一周，其進度及時間大致分配如下：

序號 設計內(nèi)容天數(shù)（約占比例）查閱資料（約占8%）確定設計思路（約占15%）畫出硬件圖、確定各個模塊的電路實現(xiàn)方法（約占27%）編寫程序（約占25%）調(diào)試修改各子模塊和主程序（約占15%）總結(jié)設計過程，編寫課程設計報告1（約占10%）

第四篇：函數(shù)信號發(fā)生器設計論文.

四川師范大學成都學院通信原理課程設計 目 錄

前言.....................................................................1 1 函數(shù)信號發(fā)生器設計任務................................................1 1.1 設計提議...........................................................1 1.2 方案論證與研究.....................................................1 2 方案設計..............................................................2 2.1 項目指標...........................................................2 2.1.1 電源參數(shù).......................................................2 2.1.2 工作頻率.......................................................2 2.2 方案比較及選擇.....................................................2 3 設計理論..............................................................3 3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成...............................................3 3.2 方波信號...........................................................3 如圖3.2-1由運算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運

放反相輸出端，因此積分電路有負反饋和延遲的作用。........................3 3.3 正弦波信號.........................................................4 3.4 三角波信號.........................................................6 4 RC振蕩電路設計........................................................7 5 放大器功率及ICL8038介紹...............................................9 5.1 放大器功率.........................................................9 5.2 ICL8038原理介紹...................................................10 6 致謝..................................................................11 7 總結(jié)及體會............................................................12 附錄1 系統(tǒng)原理圖.......................................................13 附錄2 系統(tǒng)元件清單.....................................................14 附錄3 系統(tǒng)PCB圖.......................................................15 I 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 參考文獻................................................................16 II 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 函數(shù)信號發(fā)生器設計論文

前言

函數(shù)信號發(fā)生器的制作是以集成塊ICL8038為核心器件，制作的成本也相對較低。是適合學生學習、使用電子技術(shù)測量。ICL8038可以輸出具有多種波形的精

密振蕩集成電路，要想產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號只需要個別外部元件。輸出波形的占空比和頻率還可以由電阻或電流控制。其次由于此芯片具有調(diào)制信號的輸入端，所以可以用作頻率調(diào)制，針對于低頻信號。

函數(shù)信號發(fā)生器有著不同的用途，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化為方波，最后三角波通過積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號發(fā)生器開發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。1 函數(shù)信號發(fā)生器設計任務 1.1 設計提議

產(chǎn)品開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、科學研究等領(lǐng)域都的使用函數(shù)信號發(fā)生器，它常用的基本測試信號有鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波。常作為時基電路的鋸齒波信號在示波器等儀器中利用熒光屏顯示圖像。例如，想要通過示波器熒光屏上觀察到被測不失真地信號波形，通過產(chǎn)生鋸齒波電壓使的電子束在水平方向勻速搜出熒光屏。方波，三角波都有著不同的重要作用，而函數(shù)信號發(fā)生器是指一種能自發(fā)的產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波階梯波等電壓波形的儀器或電路。因此，提議設計一種能產(chǎn)生三角波、正弦波、方波的函數(shù)信號發(fā)生器。1.2 方案論證與研究

函數(shù)信號發(fā)生器用途較多，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 為方波，最后三角波通過積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號發(fā)生器開發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。2 方案設計

2.1 項目指標 2.1.1 電源參數(shù)

● 輸入：雙電源 +12V、-12v

● 輸出：方波電壓約等于12v，三角波電壓與約等于5v，正弦波電壓大于1v，幅 度可連續(xù)調(diào)，線性失真就會較小。2.1.2 工作頻率

頻率范圍：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ 2.2 方案比較及選擇

方案一：正弦振蕩是由文氏電橋產(chǎn)生，然后得到方波，三角波是方波積分得到的。此方案結(jié)構(gòu)簡單，是一開環(huán)電路，產(chǎn)生的失真較小的正弦波和方波波形①。但于產(chǎn)生三角波則比較有麻煩，因為頻率覆蓋系數(shù)要求有1000倍，因此對于1000倍的頻率變化會有積分時間從而使輸出電壓振幅的1000倍變化。而這是不滿足電路要求的。幅度的穩(wěn)定性幾乎難以達到要求。并且通過仿真實驗會發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生線性失真。

方案二：通過芯片ICL8038產(chǎn)生8083集成函數(shù)發(fā)生器。

該集成函數(shù)發(fā)生器是一種用途較多的波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波，通過外加的直流電壓進行振蕩器調(diào)節(jié)，所以是電壓控制集成信號產(chǎn)生器。由于兩個電流源控制外接電容C的充、放電電流，所以電容C兩端電壓大小變化與時間成線形關(guān)系，從而可以輸出理想的三角波波形。8038電路中含正弦波變換器，因此可以將三角波轉(zhuǎn)化成正弦波輸出。另外還可以將三角波轉(zhuǎn)換成方波輸出通過觸發(fā)器。此方案的特點有： ◆ 穩(wěn)定性好而且線性良好；

◆ 易調(diào)頻率，頻帶在幾個數(shù)量級范圍內(nèi)，可以方便地、連續(xù)地改變頻率大小，而且 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 ◆ 變頻率的同時，幅度是不會發(fā)生變的；

◆ 不會出現(xiàn)過渡過程，只要接通電源后就會立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形圖； ◆ 方波和三角波在半周期內(nèi)的時間是線性函數(shù)，容易轉(zhuǎn)換為別的波形。故由此，本次信號設計采用的是第二種方案。3 設計理論

3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成

函數(shù)發(fā)生器是指能夠自動產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的電壓波形的儀器或電路?？梢圆捎糜蛇\放、分離元件及單片集成函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成電路形式。根據(jù)不同的用途，可以產(chǎn)生三種或多種不同波形的函數(shù)發(fā)生器，本次介紹的事不同函數(shù)信號發(fā)生器的方法。

函數(shù)信號發(fā)生器是由正弦波形發(fā)生電路和基礎(chǔ)的非正弦信號發(fā)生電路組合成的。下面我們將分別對方波、正弦波、三角波的發(fā)生進行分析，從而使在合成電路時電路更加的合理。3.2 方波信號

如圖3.2-1由運算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運放反相輸出端，因此積分電路有負反饋和延遲的作用。

圖3.2-1 運算放大電路

電路如圖3.2-2所示，在接通電源時，電容兩端的電壓為零，且輸出電壓等于UZ，所以運放同相輸出端的電壓uP=UzR2=UZF。R1+R2 3 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 此時uO=UZ向C充電，使運放反相端輸入電壓uN不斷上升。在uN小于uP以前，uO=UZ不變。在t=t1時，uN逐漸上升到略高于uP，使uO從高電平跳到低電平，變?yōu)?UZ。

此時通過Rf向C充電，使運放反相輸入端的電壓uNuP=-UZF，uO=-UZ時，逐漸增加。在uN大于uP以前，uO=-UZ大小保持不變。在t等于t2時，uN減小到稍低于uP，則uO從低電平跳到高電平，變?yōu)閁Z，又回到最初狀態(tài)。如此重復，循環(huán)，從而產(chǎn)生振蕩，并輸出方波。

根據(jù)上面的分析，從而可以畫出如下圖uO與uC的波形：

圖3-2-2 uO與uC的波形

有圖波形，并取適當?shù)腞1、R2值，F(xiàn)=R2(R1+R2)，則T=2RfC，得到振蕩頻率為：

3.3 正弦波信號

即又被稱為文氏電橋振蕩器，如圖3-3-1所示其中是由同相運放電路組成的A放大器，如圖3.3-1，Av= VoR=(2+1)VdR1f0=11=T2CRf 4 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

圖3.3-1 文氏電橋振蕩電路 圖3.3-2 同相運放電路

由RC串并聯(lián)組成網(wǎng)絡F，因為運放的輸入阻抗較大，所以輸出阻抗Ro就很小，對網(wǎng)絡F幾乎沒有影響影響，故忽略不計，根據(jù)圖3.3-3得 R VfjωRC+1Fv==1RVo++RjωC1+jωRC =R 1(jωRC+1+R)+RjωC=R1j(ωR2C-)+3RωC 5 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 根據(jù)自激振蕩條件： AF =T=1故有AvFv=AvR=1 因此上式中分母12j(ωRC-)+3RωC 中的虛部必須等于零，即 R2Cw-1=0 ωC ?振蕩頻率ω0=1 CR

上式中實部為1，所以起振條件Av=3 圖3.3-2是同相運放，Av=R2+1 須滿足條件2R1=

R2 R1 圖3.3-3 RC串并聯(lián)

3.4 三角波信號

根據(jù)RC的積分電路輸出和輸入信號波形的關(guān)系可得，當輸入信號是方波時，則輸出的信號便是三角波，由此可知，三角波信號發(fā)生器是由RC積分電路和方波信號發(fā)生器組成。下圖3-2-3便是三角波信號發(fā)生器的電路組成。圖中的方波信號發(fā)生器是由A1運算放大器組成，RC積分電路是由A2組成。該電路的設計原理是：由方波信號發(fā)生器輸出方波。反相積分電路由圖中A1，A2和C、R4等組成。

分析可以畫出uO1和uO的波形，如圖3.4-1所示。6 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

圖3.4-1 uO1和uO的波形

電壓uO的上升和下降幅度和時間變量相等，而且上升和下降的斜率的絕對值大小也相等。三角故波uO峰值為：

Uom= UZR2 R1 4R1R4C R2 則在調(diào)整三角波電路時，R1或R2應被先調(diào)整,使峰值達到所需要的值，最后再調(diào)整故振蕩周期： T=2(t2-t1)=R4或C，使頻率f0能滿足要求。4 RC振蕩電路設計

RC振蕩器電路的設計，就是根據(jù)給出的指標要求，選擇適合的電路結(jié)構(gòu)形式，并確定和計算電路中各元件的參數(shù)，在所要求的頻率范圍內(nèi)使它們滿足振蕩的條件，使電路產(chǎn)生正弦波形。RC振蕩器的設計的步驟為：

● 根據(jù)已知的指標參數(shù)，選擇適合的電路形式。● 計算并確定電路中的各元件參數(shù)。● 選擇運算放大器

● 為滿足電路指標要求可通過調(diào)試。四川師范大學成都學院通信原理課程設計

例如：設計一個振蕩頻為800Hz的RC正弦波振蕩器。設計步驟如下: 計算并確定電路中的各元件參數(shù)?！?RC的值可根據(jù)振蕩器的頻率計算。RC= ● 確定R和C的值 1=1.99?10-4(s)2πf0

為了使選頻網(wǎng)絡不受運算放大器輸入和輸出電阻的影響。按：Ri >> R >> R0的關(guān)系確定R的值。其中：運算放大器同相端的輸入電阻Ri。為運算放大器的輸出電阻R0。

當R=20kΩ時，則：

1.99?10-4-7C==0.995?10F 320?10 ● 確定R3和Rf 的值（Rf=R4+Rw+rd//R5)根據(jù)振蕩的振幅條件，Rf應大于2R3，取Rf=2.01R3。從而減小波形失真。此外，為了滿足R等于R3并聯(lián)Rf的直流平衡條件，并減小運放輸入失調(diào)的影響。

由Rf=2.01R3和R=R3//Rf可求出：

R3= 取整數(shù)值: R3=30k Ω

所以:Rf=2.01R3=2.01?30?103Ω=60.3kΩ.為了是效果更好, Rf與R3的值還可以通過實驗調(diào)整后確定。● 確定其元件值及電路。

電路由R5和接法相反的二極管D1、D2并聯(lián)而成。

二極管D1、D2 應選用其元件值硅管，因其溫度穩(wěn)定性較高。當然二極管D1、D2的特性必須保持一致，以確保輸出波形的正負半軸對稱?！?R2與R5確定

由于二極管的非線性會導致波形失真，因此，可在二極管的兩端并上一個阻值與rd相近的電阻R5。用來減小非線性失真，然后再經(jīng)過調(diào)整，達到最好效果。便可確定R5，再計算出R2。為了是效果更加明顯,電阻 R2可用50kΩ電阻和40 kΩ的電位器串聯(lián)。● 運放型號的選擇

運放選擇，要求輸入高阻、輸出低阻，而且滿足增益帶寬積：Auo? BW 大于3fo 的 3.13.1?20?103=29.8?103Ω R =2.012.01 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

條件。因為fo=800Hz，所以選擇μA741集成運算放大器。5 放大器功率及ICL8038介紹 5.1 放大器功率

由多級放大器組成的便是電子電路。在工作過程中，電壓放大是由小信號放大電路對輸入信號進行的，再通過功率放大電路將功率放大，以便于控制或驅(qū)動負載電路工作。功率放大器就是以功率放大為目的的電路。低頻功率放大器也稱為功率放大器，是能使低頻信號功率放大的放大器。

如圖5.1-1 OTL 低頻功率放大器所示。其中由晶體三極管T1組成前置放大級（也稱推動級），T2、T3是一組參數(shù)對稱的PNP和NPN型晶體三極管，它們組成OTL功放電路。射極輸出器形式是由每一個管子接成的，因此輸出電阻低，負載能力較強等優(yōu)點，適合功率輸出級。甲類狀態(tài)由T1管工作，此集電極電流IC1是通過電位器RW1進行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供電壓。通過調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3在甲、乙類狀態(tài)得到合適的靜態(tài)電流，以克服失的一端，因此可在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負反饋，一方面改善了非線性失真，同時也能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。R和C2構(gòu)成用于提高輸出電壓正半周的幅度自舉電路，從而得到較大的動態(tài)范圍。C2和R 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態(tài)范圍。主要性能指標是OTL 電路。

在輸出功率P0m的最大不失真理想情況下，在實驗中可測量RL 兩端的電壓有效值通過計算來得實際的

其中由晶體三極管T1組成前置放大級（也稱推動級），T2、T3是一對參數(shù)對稱的NPN和PNP型晶體三極管，互補推挽的OTL功放電路就由它們組成。由于射極輸出器形式是每一個管子連接成的，因此具有輸出低電 阻，負載能力較強等優(yōu)點，適合作用于功率輸出級。甲類狀態(tài)T1管工作，通過調(diào)節(jié)電位器RW1來調(diào)節(jié)它的集電極電流IC1。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供偏電壓。為甲、乙類狀態(tài)在T2、T3得到合適的靜態(tài)電流，可通過調(diào)節(jié)RW2來實現(xiàn)，從而又由于RW1的一端接在A點，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，同時也改善了非線性失真。9 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

圖5.1-1 OTL 功率放大器實驗電路 5.2 ICL8038原理介紹

芯片ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，如圖5-3s所示為其內(nèi)部原理電路框圖。ICL8038由恒流電流源I1、I2，觸發(fā)器和電壓比較器C1、C2等組成。電壓比較器C1的門限電壓為2VR/

3、的為VR(VR= VEE+VCC)，可通過調(diào)節(jié)外接電阻確定電流源I1和I2的大小，并且I2必須大于I1。當觸發(fā)器Q端輸出電平低時，I2通過開關(guān)S的控制從而使電流源斷開。而電流源I1向外接電容C充電，電壓隨時間變化線性下降，當其下降到小于VC時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，當VC上升到2VR/3時，比較器C1輸出波形會發(fā)生跳變，從而使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，電流源I2接通通過控制開關(guān)S。當其上升和下降時間相等時，產(chǎn)生的波形輸出到引腳3，而觸發(fā)器輸出的波形經(jīng)緩沖器輸出到引腳9。三角波由正弦波變換器變成正弦波后由引腳2輸出。由此知ICL8038能輸出三角波、方波和正弦波等三種及三種以上的不同波形。其中，外部接入振蕩電容C，它是通過內(nèi)部兩個恒流電源來完成充電、放電的過程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對電容器C持續(xù)充電，并增加電容電壓，從而達到改變比較器的狀態(tài)改變、輸入電平以及帶動觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來連續(xù)控制的。當觸發(fā)器使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓值是比較器1輸入電壓規(guī)定值的2／3倍時，比較器1的狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時將模擬開關(guān)K由B接到A點。因為恒流源2的電流值為2I，比恒流源1大，所以電容器處于放電狀態(tài)，在單位時間內(nèi)電容器端電壓將將發(fā)生改變，為線性下降，當電容電壓值下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的1／3倍時，比較器2狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)到原來的狀態(tài)，周而復始的完成此振蕩過程。四川師范大學成都學院通信原理課程設計 根據(jù)以上分析，上述基本電路中很容易獲得3種函數(shù)信號，倘若電容器在放電過程和在充電過程的時間常數(shù)相等，而且是在電容器充放電時，那么電容電壓輸出的就是三角波函數(shù)，從而三角波信號由此獲得。因為觸發(fā)器的工作狀態(tài)也是由電容電壓的充放電的過程決定的，因此，觸發(fā)器的狀態(tài)通過翻轉(zhuǎn)，就能夠產(chǎn)生方波函數(shù)信號，在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這兩種信號經(jīng)過緩沖器功率的放大，并從管腳3和管腳9輸出可得。滿足方波函數(shù)等信號在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍可適當?shù)倪x擇外部電阻RA和RB和C。所以，對兩個電流源在I和2I電流不等的情況下，可以從最小到最大范圍中循 環(huán)調(diào)節(jié)，并任意選擇調(diào)整，因此，只需要使電容器充放電時間不相等，便可獲得鋸齒波等函數(shù)信號。

圖5.2-1 內(nèi)部原理電路框圖 6 致謝

本課題在選題以及研究過程是在孫活老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。老師們多次詢問研究設計進程，并為我悉心指點迷津，幫助我開拓思路，耐心點撥、鼓勵。老師們嚴謹細致、一絲不茍的工作作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對老師的感激之情是無法用言語表達的。感謝帶過我的老師對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，從課題的選擇到項目的最終完成，老師們都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬并致以誠摯的謝意和崇高的敬意。

在此，我還要感謝我的5位室友，正是有你們的幫助、理解和支持，我才能克服一個一個的困難，直至順利的完成本文。當然也缺少不了一起愉快度過三年的大

學同學，他們給與我?guī)椭?，支持，我在此也由衷的表示感謝。最后我還要感謝含辛茹苦的把培養(yǎng) 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 我長大的父母，謝謝您們!7 總結(jié)及體會

通過本次課程設計，加強了我們的思考、動手和解決問題的能力，經(jīng)常會遇到不同的情況，心里總想著這樣的接法或許可以行得通，但實際接上電路后才發(fā)現(xiàn)不對，實現(xiàn)不了預想的效果，因此耗在這上面的時間用的比較多。

我覺得做課程設計的同時也鞏固和加強了課本知識，由于課本上的知識太多而且零散，平時課間的學習也并不能很好的理解并運用各個元件的功能，考試內(nèi)容又比較有限，因此在這次課程設計過程中，我了解了很多元件的功能以及使用。平時看課本學習書本知識時，有時問題總是弄不懂，可做完設計，那些不是問題的問題就迎刃而解了。甚至還記住很多東西，受益匪淺。如一些芯片的功能及作用，平時看課本講解，看一次忘一次，沒從根本上理解。通過這次動手實踐讓我對各個元件印象深刻。所以認識、了解來源于實踐，實踐才是認識的動力和最終目的，實踐出真理。所以這次的設計對我的學習和幫助作用都非常大的。

通過該次設計，在理論學習時，很少會有實踐的機會，但我們學院可以，而且設計制作也是一個團隊的任務！一起的學習工作中可以讓我們團結(jié)一致，相互幫助，默契配合，多少歡樂在這里灑下。我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)合作的精神。這次實驗設計必將成為我人生旅途上的一個非常美好的回憶！

通過對此課程設計是我認識到，電路設計需要我們耐心，需要縝密的整套思維邏輯，要求我們學會分析。懂得只有理論知識是遠遠不夠的，只有將理論和實踐結(jié)合起來才能順利完成。我期盼在今后的學習過程中能讓學生更加的接近器材，獨立完成很多知識不能只看表面，要深究其真正作用才行，需要不斷積累經(jīng)驗。所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是得自己親自動手才能印象深刻。這次的課程設計終于順利完成了，在設計中也遇到了很多專業(yè)知識問題，最后通過老師的辛勤指導，終于迎刃而解了。經(jīng)過老師的悉心指導，我們學也到了很多實用的知識，在次我表示深深感謝！同時，對給過我?guī)椭椭С值乃型瑢W及各位指導老師再次表示忠心的感謝！四川師范大學成都學院通信原理課程設計 附錄1 系統(tǒng)原理圖

圖1 系統(tǒng)原理圖 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 附錄2 系統(tǒng)元件清單 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 附錄3 系統(tǒng)PCB圖

圖2 信號發(fā)生器圖 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 參考文獻

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第五篇：低頻函數(shù)信號發(fā)生器設計

實驗報告

課程名稱：

電子系統(tǒng)綜合設計

指導老師：

周箭

成績：

實驗名稱：低頻函數(shù)信號發(fā)生器（預習報告）實驗類型：

同組學生姓名：

一、課題名稱

低頻函數(shù)信號發(fā)生器設計

二、性能指標

（1）同時輸出三種波形：方波，三角波，正弦波；（2）頻率范圍：10Hz～10KHz；

（3）頻率穩(wěn)定性：（4）頻率控制方式：

① 改變RC時間常數(shù)；

； ② 改變控制電壓V1實現(xiàn)壓控頻率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分為10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。

（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波線性度δ/Vom<1%，正弦波失真度

；

（6）輸出方式：

a)做電壓源輸出時

輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓不小于20V 負載RL=100Ω～1KΩ時，輸出電壓相對變化率ΔVO/VO<1% b)做電流源輸出時

輸出電流幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流不小于200mA 負載RL=0Ω～90Ω時，輸出電流相對變化率ΔIO/IO<1% c)做功率源輸出時

最大輸出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有輸出過載保護功能

三、方案設計

根據(jù)實驗任務的要求，對信號產(chǎn)生部分，一般可采用多種實現(xiàn)方案：如模擬電路實現(xiàn)方案、數(shù)字電路實現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案等。

數(shù)字電路的實現(xiàn)方案

一般可事先在存儲器里存儲好函數(shù)信號波形，再用D/A轉(zhuǎn)換器進行逐點恢復。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號波形的存儲點數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個電路的時序處理等。其信號頻率的高低，是通過改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來實現(xiàn)的。

數(shù)字電路的實現(xiàn)方案在信號頻率較低時，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號頻率的提高，需要提高數(shù)字量輸入的速率，或減少波形點數(shù)。波形點數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。因此，該方案比較適合低頻信號，而較難產(chǎn)生高頻（如>1MHz）信號。

模數(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案

一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號波形，而用數(shù)字方式改變信號的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號的幅度等，是一種常見的電路方式。

模擬電路的實現(xiàn)方案

是指全部采用模擬電路的方式，以實現(xiàn)信號產(chǎn)生電路的所有功能。由于教學安排及課程進度的限制，本實驗的信號產(chǎn)生電路，推薦采用全模擬電路的實現(xiàn)方案。

模擬電路的實現(xiàn)方案有幾種：

①用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波。但要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號，存在較大的難度。原因是積分電路的積分時間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時改變。若要保持三角波輸出幅度不變，則必須同時改變積分時間常數(shù)的大小，要實現(xiàn)這種同時改變電路參數(shù)的要求，實際上是非常困難的。

② 由三角波、方波發(fā)生器產(chǎn)生三角波和方波信號，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號轉(zhuǎn)換成正弦波信號，該電路方式也是本實驗信號產(chǎn)生部分的推薦方案。這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號。而正弦波信號的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細介紹。

四、單元電路分析

1、三角波，方波發(fā)生器

由于比較器+RC電路的輸出會導致VC線性度變差，故采用另一種比較器+積分器的方式

積分器

同相滯回比較器

由積分器A1與滯回比較器A2等組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖所示。在一般使用情況下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負幅度不對稱時，可通過改變V+1和V-2的大小和方向加以調(diào)整。

合上電源瞬間，假定比較器輸出為低電平，vO2=VOL=-VZ。積分器作正方向積分，vO1線性上升，vp隨著上升，當vp>0時，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，vO2=VOH=+VZ。積分器又開始作負方向積分，vO1線性下降，vp隨著下降，當vp<0時，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為低電平，vO2=VOH=-VZ。

取C三種值:0.1uF 對應10-100Hz； 0.01uF 對應100-1kHz； 0.001uF 對應1k-10kHz。調(diào)節(jié)R23的比值可調(diào)節(jié)幅度，再調(diào)節(jié)R，可調(diào)節(jié)頻率大小。

2、正弦波轉(zhuǎn)換電路 常用方法有使用傅里葉展開的濾波法，使用冪級數(shù)展開的運算法，和轉(zhuǎn)變傳輸比例的折線法。但前二者由于其固有的缺陷：使用頻率小，難以用電子電路實現(xiàn)的原因，在本實驗中舍棄，而采取最普遍的折線法。

折線法是一種使用最為普遍、實現(xiàn)也較簡單的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方法。折線法的轉(zhuǎn)換原理是，根據(jù)輸入三角波的電壓幅度，不斷改變函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的傳輸比率，也就是用多段折線組成的電壓傳輸特性，實現(xiàn)三角函數(shù)到正弦函數(shù)的逼近，輸出近似的正弦電壓波形。由于電子器件（如半導體二極管等）特性的理想性，使各段折線的交界處產(chǎn)生了鈍化效果。因此，用折線法實現(xiàn)的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實際效果往往要優(yōu)于理論分析結(jié)果。

用折線法實現(xiàn)正弦函數(shù)的轉(zhuǎn)換，可采用無源和有源轉(zhuǎn)換電路形式。無源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，是指僅使用二極管和電阻等組成的轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）二極管通路以改變轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡的衰減比，輸出近似的正弦電壓波形。

有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路除二極管、電阻網(wǎng)絡外，還包括放大環(huán)節(jié)。也是根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）網(wǎng)絡通路以改變轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)，輸出近似的正弦電壓波形。

有

源

正

弦

函

數(shù)

若設正弦波在過零點處的斜率與三角波斜率相同，即

則有，由此，可推斷出各斷點上應校正到的電平值：

方案一，使用二極管控制形成比例放大器，使得運放在不同時間段有不同的比例系數(shù)

方案二，用二極管網(wǎng)絡，實現(xiàn)逐段校正，運放A組成跟隨器，作為函數(shù)轉(zhuǎn)換器與輸出負載之間的隔離（或稱為緩沖級）。

當輸入三角波在T/2 內(nèi)設置六個斷點以進行七段校正后，可得到正弦波的非線性失真度大致在1.8 % 以內(nèi)，若將斷點數(shù)增加到12 個時，正弦波的非線性失真度可在0.8 %以內(nèi)。3 輸出級電路 根據(jù)不同負載的要求，輸出級電路可能有三種不同的方式。

(1)電壓源輸出方式

電壓源輸出方式下，負載電阻RL通常較大，即負載對輸出電流往往不提出什么要求，僅要求有一定的輸出電壓。同時，當負載變動時，還要求輸出電壓的變化要小，即要求輸出級電路的輸出電阻RO足夠小。為此，必須引入電壓負反饋

圖（a）電路的最大輸出電壓受到運放供電電壓值的限制，如運放的VCC 和VEE 分別為±15V時，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴展電路，如圖12（b）所示。

(2)電流源輸出方式

在電流源輸出方式下，負載希望得到一定的信號電流，而往往并不提出對輸出信號電壓的要求。同時，當負載變動時，還要求輸出電流基本恒定，即要求有足夠大的輸出電阻Ro。為此，需引入電流負反饋。

圖（a）電路的最大輸出電壓受到運放供電電壓值的限制，如運放的VCC 和VEE 分別為±15V時，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴展電路，如圖（b）所示。

a）為一次擴流電路，T1 和T2 組成互補對稱輸出。運放的輸出電流IA中的大部分將

圖（作為T1、T2 的基極電流，所以IO = βIA。圖（b）為二次擴流電路，用于要求負載電流IO 較大的場合。復合管T1、T2和T3、T4 組成準互補對稱輸出電路。

(3)功率輸出方式

在功率輸出方式下，負載要求得到一定的信號功率。由于晶體管放大電路電源電壓較低，為得到一定的信號功率，通常需配接阻值較小的負載。電路通常接成電壓負反饋形式。如用運放作為前置放大級，還必須進行擴流。當RL較大時，為滿足所要求的輸出功率，有時還必須進行輸出電壓擴展。

靜態(tài)時，運放輸出為零，– 20V電源通過下列回路：運放輸出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置電流 R6 ,C3 和R7 ,C4 組成去耦濾波電路。需要注意的是幾個晶體管的耐壓限流以及最大功率值。

其中調(diào)節(jié)W可改變晶體管的靜態(tài)工作電流，從而克服交越失真。

4)輸出級的限流保護 由于功率放大器的輸出電阻很小，因而容易因過載而燒壞功率管。因此需要進行限流保護。

圖（a）是一種簡單的二極管限流保護電路，當發(fā)生過流（I o過大）時，R3、R4 上的壓降增大到足以使D3、D4 導通，從而使流向T1、T2 基極的電流信號I1、I2 分流，以限制I o 的增大。

圖（b）是另一種限流保護電路，T3、T4 是限流管。當I o 過大，R5、R6 上的壓降超過0.6V時，T3、T4 導通防止了T1、T2 基極信號電流的進一步增大。I o 的最大值為 0.6/R5，R3、R4 用來保護限流管T3、T4。

五、仿真分析

以1KHz為例即C=1nF

三角波方波發(fā)生電路

方波下降沿時間4.3μs

三角波峰值

改變RP2

改變RP1

調(diào)節(jié)占空比

調(diào)節(jié)偏移量

正弦波轉(zhuǎn)換器

三角波轉(zhuǎn)換正弦波，三角波放大后輸出峰峰值10V

靜態(tài)工作點

改變靜態(tài)工作點（調(diào)節(jié)RP45）發(fā)生失真

功率放大電路

功率放大波形，輸入為之前的正弦波，變阻器衰減后最大不失真輸出電壓

總電路圖，模塊形式

衰減前的輸入信號與輸出信號

由仿真結(jié)果來看，基本滿足設計要求，準備按仿真電路設計實際電路。

六、仿真心得

在仿真的過程中出現(xiàn)了一下幾個問題，但后來都分別排查掉了，希望實際連接時不再犯。

1、運放未接電源導致沒有波形

2、變阻器接入阻止過小或過大導致沒有信號或失真（尤其需要注意）

3、Lm324故障無法解決導致用了LM353代替