函数信号发生器

1课程设计报告题目函数信号发生器的设计系别年级专业_班级学生姓名学号指导教师设计时间1目录1设计任务和要求................................................11.1题目概述............................................................11.2设计任务和要求......................................................11.3设计提示............................................................12设计方案与论证.................................................22.1方案一............................................................22.2方案二............................................................22.3各方案分析比较........................................................23电路设计与仿真...............................................33.1RC震荡方波产生电路...................................................33.1.1模块电路及参数计算............................................33.1.2工作原理和功能说明..........................................33.1.3器件说明........................................................43.2三角波积分电路.....................................................43.2.1模块电路及参数计算..........................................43.2.2工作原理和功能说明............................................43.2.3器件说明.................................................53.3带通滤波电路..................................................53.3.1模块电路及参数计算...........................................53.3.2工作原理和功能说明.........................................53.3.3器件说明.............................................53.4运放放大电路.............................................63.4.1模块电路及参数计算.......................................63.4.2工作原理和功能说明............................................63.4.3器件说明.........................................................63.5电路仿真..............................................................63.5.1仿真软件简介......................................................623.5.2仿真电路图.......................................................73.5.3仿真结果........................................................74电路的制作与调试.............................................94.1电路安装...............................................94.2电路调试..................................................94.2.1调试步骤及测量数据...........................................104.2.2故障分析及处理.........................................104.3整机性能指标测量.......................................115小结.....................................................14参考文献......................................................15附录1：电路原理图..........................................16附录2：元器件清单..............................................17第1页1.设计任务和要求1.1题目概述设计能够方波/三角波/正弦波/锯齿波函数发生器1.2设计任务和要求要求完成能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器电路的设计、仿真、制作和调试。（1）正弦波信号源：信号频率范围20Hz～20kHz连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调；（2）各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；（3）设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。（4）利用仿真软件Multisim仿真电路，并绘制电路的原理图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范；（5）制作电路，完成电路的调试、测试和分析（6）完成课程设计报告。1.3、设计提示（1）迟滞电压比较器和RC电路组成矩形波信号发生器。矩形波经积分电路产生三角波（改变方波的占空比可得锯齿波），三角波经低通滤波产生正弦波。各种信号经比例放大电路实现幅值的调节。第2页2.设计方案与论证2.1方案一设计思路如下：首先由一个同相滞回比较器产生方波，然后再将此波通过一个积分运算电路产生三角波，最后用二阶RC低通滤波器将三角波转换成正弦波，从而达到实验所需结果。图1方案一流程图2.2方案二设计思路如下：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，用带通滤波电路将三角波转换成正弦波，从而达到实验结果。图2方案二流程图2.3各方案分析比较方案一在执行时只能通过低频信号，而高频信号无法通过，无法满足条件所需的频率可调，所以此方案不可用。而方案二频率幅值均可调，线路简单，故采用。RC振荡电路方波积分电路三角波带通滤波电路正弦波同相滞回比较器方波积分运算电路三角波二阶RC低通滤波电路正弦波第3页3电路设计与仿真3.1RC振荡方波产生电路3.1.1模块电路及参数计算图3RC振荡电路由图3电路可以看出，用12V的电压接入振荡电路，所用电容C1为固定值0.01uf，R2为510欧姆，R3为330欧姆，可调电阻R9的范围为0-500千欧姆，其中RCf21，由此公式可知，此方波的频率随着电阻R9的变化而变化。起振条件：R2/R3大约为1.2。频率范围为20Hz到4KHz。3.1.2工作原理和功能说明方波产生的电路如图所示，它是通过500千欧姆的可调电阻R9和0.01微法电容C1反馈到集成运放的反向端，在运放的输出端引入电阻R2，R3产生滞回比较器，将电路自激振荡产生的波经迟滞比较器产生方波。滞回比较器的参考电压第4页U=0V。周期T=2πR9C1。3.1.3器件说明电容C1固定为0.01uf，与可调电阻R9（最大500K）组合使频率可调。运放的正负电压分别为正负12V，电阻R2和R3的比值接近1.2左右为宜。图5电容图6LM324图7电阻3.2三角波积分电路3.2.1模块电路及参数计算图8积分电路如图8所示，积分电路中接入12V的电压，所用的电阻R1为固定值1千欧姆，电容C5为2.2.uf。3.2.2工作原理和功能说明当方波输入的时候，用电阻R1和电容C5与运放构成RC积分电路，将RC振荡电路的输出端与积分电路的输入端相连接，从而将输入的方波转换成三角波。第5页3.2.3器件说明R1为1千欧姆，电容C5值不宜太小，否则会产生削波的情况，使三角波发生严重失真。运放LM324电源接入端分别接正负12V。3.3带通滤波电路3.3.1模块电路及参数计算由图10可以看出所用的元器件R4为47千欧，R5为5千欧，C2、C3为0.1uf，接入12V的电压。频率fo=1/2πRC;但电路本身放大倍数Af3,否则电路不能工作。上下限频率分别为f1和f2。Au=1/(1+j/(3-Af)*(f/fo-fo/f))*Af/(3-Af);通带B=f2-f1=（3-Af）fo=(2-Rf/R1)*fo;品质因数Q=fo/B=1/(3-Af);图10带通滤波电路3.3.2工作原理和功能说明电阻R4，R5和电容C2，C3与运放构成带通滤波电路，允许一定频率的正弦波通过。3.3.3器件说明第6页电容值为0.1uf，R4与R5的比值约为10。3.4运放放大电路3.4.1模块电路及参数计算图12运算放大电路由图12运算放大电路可以知道，所用电阻R1与R3为1千欧，R2为5千欧，接入12V的电压。3.4.2工作原理和功能说明由于电容存在，信号被衰减，通过放大电路，将输入端的信号反相放大为原来的5倍，可将幅值较小的方波，三角波，正弦波放大。3.4.3器件说明反相端接地，R2与R1的比值为5，即放大倍数为5。3.5电路仿真3.5.1仿真软件简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形第7页输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。3.5.2仿真电路图图14仿真电路图3.5.3仿真结果示波器出现预期中的电路图。正弦波信号频率范围20Hz～4kHz连续可调，超过4KHz时波形出现一定的失真，频率越大失真越大。信号幅度可以在一定范围内连续可调，最大不超过正负12V。后续输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调。图4RC振荡波形图9积分电路波形第8页图11带通滤波电路波形图13运算放大波形如图13为波形放大的模拟波形图，A=5。由上图可以读出下列数据，与下面的实际操作进行比较。Vpp/vT/msf/Hz方波204.8202三角波11.64.6203正弦波1.24.6202图20仿真波形数据值第9页4电路的制作与调试4.1电路安装根据上面的原理图，可以在面包板上进行元器件的制作与调试。在对电路的制作时，先将核心元件芯片LM324插入槽中，对芯片的插入，两边管脚在凹槽的两边。根据原理图从左到右的顺序，将电阻，电容，滑动变阻器依次插入面包板中。根据横向短路，竖向不相关的原理，调整电路图。对于接地线，将所有地线同时导入到最边缘的插孔中，同时用导线连到电路箱的接地端。电源连接到电路箱的电源端。其电路接线图如图15所示图154.2电路调试第10页4.2.1调试步骤及测量数据1.安装核心器件LM324，搭出方波产生电路实物电路。将相应管脚正确接上示波器和直流稳压电源。改变可调电阻大小，使示波器上产