信号发生器设计 课程设计

课程设计题目信号发生器设计学院名称指导老师班级学号学生姓名2012年1月i目录1．设计任务-------------------------------------------------------------------------------------------------12．总体方案框图--------------------------------------------------------------------------------------12.1信号发生器的总方案--------------------------------------------------------------------------12.2原理框图-------------------------------------------------------------------------------------------13．各单元电路设计、电路参数计算及简要说明---------------------------------------23.1正弦波-------------------------------------------------------------------------------------23.2方波------------------------------------------------------------------------------------33.3三角波-----------------------------------------------------------------------------------44.总体电路原理图及原理说明-----------------------------------------------------------------44.1总原理图及其原理-----------------------------------------------------------------------------44.2Multisim仿真结果------------------------------------------------------------------------------54.3输出信号的频率范围------------------------------------------------------------------------75.安装调试（仪器选用、调试步骤、故障分析处理）-----------------------------105.1安装与调试--------------------------------------------------------------------------------------105.2注意事项------------------------------------------------------------------------------------------116.心得体会---------------------------------------------------------------------------------------------127.电子元器件清单---------------------------------------------------------------------------------138.参考文献书目-------------------------------------------------------------------------------------1311.设计任务设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：（１）输出信号的频率范围为100~800Hz，步进为100Hz。（２）要求输出信号无明显失真，特别是正弦波信号。2.总体方案框图2.1信号发生器的总方案函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，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。本课题中函数发生器电路总方案为由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由文氏电桥震荡电路来完成。2.2原理框图本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器2得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由文氏电桥震荡电路来完成。3.各单元电路设计、电路参数计算及简要说明3.1正弦波RC串并联选频网络构成文氏电桥振荡电路。选频网络的输入电压即为运放的输出电压Uo,选频网络的输出电压Uf为运放的输入电压。由于电路中存在两个容性元件C因此选频网络的输出电压Uf必与频率有关。其中反馈网络的反馈系数在文氏电桥振荡电路分析可得，只有当频率为fo的输出电压uo，通过选频网络传输到集成运放同相端，才能使Uf与Uo同相，即φa+φf=2nπ，满足相位平衡的条件。同时，防亏电压Uf的幅值最大，而且为输出电压Uo的1/3倍。故只要集成运放组成的同相输入比列器的电压放大倍数A≥3，则可以满足幅值平衡条件和起振的条件，产生频率为fo的正弦波震荡，其他频率的分量饿不满足振荡条件而受到抑制。212ofZZZUUF3如果要改变振荡频率f0，通过改变选频网络的参数RC即可。输出正弦波频率：图3.1正弦波产生电路3.2方波再接通电源的瞬间，在零电平比较器中，运放的一个输入端接地，因而只要另一个输入端电平高与地电位，则输出一种电平；反之就输出一个反相的电平，所以他们构成的是零电平比较器。当电压比较器的输入信号是具有一定幅度而且连续变化的周期信号时候，在其输出端可得到与输入信号同频的方波（高电平与低电平时间相等）或矩形波（高电平与低电平时间不相等）就构成了方波。电压的变化规律为：uo1=UZ，图3.2方波—三角波产生电路u+R+A1+－RZ-2ZDu∞4Ro2－+∞+R1R35RCuuo1A2uRf1RRRCCuf－A++∞o43.3三角波迟滞比较器Ａ１的反相输入端接地，同相是如端电压ub由u01和u02两个电压共同作用，比较器的输出电压uo1作为积分器Ａ２的输入信号，因uo1d大小等于稳压管的稳定值Ｕ２，积分电容器被恒流充电。若uo1为+Ｕz，则电容器Ｃ充电，输出电压uo线性下降，当uo下降到某一个负值时，使Ａ１的同相输入端电压ub低于零时，Ａ１的输出电压uo1从+Ｕz跳到—Ｕz。在uo1变为－Ｕz后，电容器Ｃ放电，输出电压uo线性上升，当uo从—Ｕz跳回到+Ｕz，如此周期，产生振荡。Ａ１的输出端产生方波信号，Ａ２的输出端产生三角波信号。当Uo1从+Uz跳变到-Uz时，或是从-Uz跳到变到+Uz时，对应的Uo1的值就是其振幅Uom。而Uo发生转变的时刻，又是对应A1的同相输入端电压Ub等于零的时刻，流过R1的电流等于流过R2的电流，即：故三角波的幅值由上式可得：4.总体电路原理图及原理说明4.1总原理图及其原理先通过过零比较器产生方波，再通过积分电路产生三角波，最后通过文氏电桥形成正弦波。电路采用LM324，实现了设计的基本要求，能够产生稳定的方波、三角波和正弦波，通过整流滤波电路形成整流波。但各波形的频率和幅度的5实际值和理论值相比，误差较大。是由于器件本身带来的误差，其中积分电容带来的误差较大。在实际电路中，对电阻、电容等参数的计算需进一步改进。图4.1三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路图4.2LM324芯片引脚图4.2Multisim仿真结果用Multisim进行仿真，输出的结果如图：6正弦波：方波：7三角波：4.3输出信号的频率范围（1）正弦波：通过调节同轴划线变阻改变输出频率8（2）方波：通过调节100K的划线变阻器改变输出频率9（3）三角波：通过调节100K的划线变阻器改变输出频率105.安装调试（仪器选用、调试步骤、故障分析处理）5.1安装与调试5.1.1方波---三角波发生电路的安装与调试安装方波——三角波产生电路①把两块KIA324集成块插入面包板，注意布局；②分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；③按图接线，注意直流源的正负及接地端。5.1.2正弦波转换电路的安装与调试安装正弦波变换电路①在面包板上接入文氏电桥电路，注意三极管的各管脚的接线；②搭生成直流源电路，注意R*的阻值选取；11③接入各电容及电位器；④按图接线，注意直流源的正负及接地端。5.1.3调试和检测整个电路连接完之后，就可以对该电路进行调试和检测了，以发现和纠正设计方案的不足之处。在进行调试和测试之前，首先要对电路进行检查。对照原理图按顺序一一检查，以免产生遗漏。以芯片作为中心进行检查，把每个元器件的引脚依次检查，看是否有接错线或者漏接等问题，为了防止出现错误，最好对已经检查好的线路在原理图上做好标记，倘若线路检查无误，则可以对线路进行调试和测试了。用万用表适当的档位对线路进行测试，看线路是否有短路或者断路等问题，如果出现错误，就立即进行改进，修改再进行调试。5.2注意事项为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：(1)正确使用测量仪器的接地端。(2)测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。(3)仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。(4)用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。(5)调试过程中，不但要认真观察和测量，还要记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。(6)调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查。调试结果是否正确，在很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。126.心得体会经过两个星期的奋战，我终于完成了电子技术课程设计。在这次课程设计中，通过亲手动手，在实践中也学习到了很多。在这两星期的学习、设计过程中我感触颇深。通过这次课程设计，使我对抽象的理论有了具体的认识。我掌握了方波，三角波及正弦波的产生和三者之间的转换过程，此外，在设计过程中我掌握了常用元件的识别和测试，如电阻阻值的判断，三极管极性的判断等常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等等。在应用电路的设计中，需要使用Multisim软件，因为许久没有使用过Multisim了，一开始操作有些生疏。于是找到以前学习过的教材认真查阅，直到弄懂了相关的操作。经过努力我终于画出了原理图，也成功的检测出了波形。这整个过程让我对Multisim等软件的使用有了更多的体会，大大提高了自己的动手能力。接下来，最辛苦的还是做实物了。整个焊接过程用了整整两天，这两天真的过的充实而有意义。首先，布局是整个焊接过程最重要的一部分，经过良好的布局，焊接起来才可以事半功倍。所以我在布局上耗费了大部分的时间，接下来的焊接工作才可以说是得心应手。虽然制作实物非常的幸苦，手经常被烫伤，但是当看到一个完整的信号发生器做出来，心里还是非常开