函数信号发生器课程设计

信号发生器一、设计目的1.进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力。2.基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。3.学会运用Multisim10仿真软件对所作出的理论设计进行仿真测试，并能进一步完善设计。4.掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。二、设计内容与要求1.设计、组装、调试函数信号发生器2.输出波形：正弦波、三角波、方波3.频率范围：10Hz-10KHz范围内可调4.输出电压：方波VPP20V,三角波VPP=6V,正弦波VPP1V三、设计方案仿真结果1.正弦波—矩形波—三角波电路原理图：首先产生正弦波，再由过零比较器产生方波，最后由积分电路产生三角波。正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。正弦—矩形波—三角波产生电路：R10Rp250%R2R310k¦¸C1R175.1k¦¸0C3470uFR1050k¦¸Key=A50%C4470uFR141k¦¸9010Q1Q211R5R615k¦¸R7100¦¸R1350%1310.6VVCC1415Q3Q416C5100nFR121k¦¸1700R88k¦¸180R919R112k¦¸20-10.6VVEEVCC10.6VVEE-10.6VVEE-10.6VVCC10.6VVEEVCCU132476511U23247651624VEER1621D41N4467D11N446780XSC1ABExtTrig++__+_VCC0XSC2ABExtTrig++__+_C2100nF12735总电路中，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。左边第一个过零比较器文氏桥振荡电路积分电路运放与RC串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。仿真波形：调频和调幅原理调频原理：根据RC振荡电路的频率计算公式RCfo21可知，只需改变R或C的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。调幅原理：本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。RC串并联网络的频率特性可以表示为)1(31111212RCRCjRCjRCjRRCjRfZZZUUF令,1RCo则上式可简化为)(31OOjF，以上频率特性可分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：|F|)(3122oo)(3arctanooF，根据上式可以分别画出RC串并联网络的幅频特性和相频特性：1.正弦波振荡电路的原理如下图a、b所示：由上图得出正弦波振荡的条件为：根据RC串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC正弦波振荡电路的振荡频率为：RCfo21；振荡的幅度平衡条件|FA|1是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足1||FA的幅度条件。已知当ffo时，31||F，由此可求得振荡电路的起振条件为：3||uA同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：3R1RF（即RF=2R′）电路原理分析：在电路中,运放741和电阻R3,Rw,R4构成正常的负反馈放大电路,而R1,C1,R2,C2则构成RC串并联选频网络,同时又由该选频网络作为反馈网络形成正反馈环节,其R1,C2上的反馈电压作为输入代替放大器的输入信号,D1,D2起稳幅作用。选频特性分析：采用参数扫描还可以对振荡频率进行分析.同时改变选频网络的电阻R1,R2(或同时改变C1,C2),即可改变振荡输出的频率，使得频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值通过RW可调。起振过程分析：根据起振条件|AF|1,选频网络的反馈系数Fmax=1/3,只要负反馈放大器的放大倍数A大于3,即RW(接入电阻)与R4的和略大于R3的两倍,就可产生正弦波振荡,2.矩形波电路电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+Ut。Uo通过Rf对电容C正向充电。反相输入端电位Un随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过Rf对电容C反向充电，Un随时间逐渐增长而减低，当tdtuuIORC1uIuI趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。3.三角波电路三角波的产生是由积分电路实现的，积分电路将方波转换成三角波。积分电路的原理图如下：由于集成运放的反相输入端“虚地”，故uuCO；又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则iiCI，故RiRiuCII,由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为：由于输入的是方波，所以的值为两个状态，当0时，tuuRCIO，输出波形以RCuI的斜率上升，当uI0时，输出波形以RCuI的斜率下降。上升和下降的斜率相等所以波形对称，形成三角波。原理图：输出波形频率为：一、安装调试步骤电路用到的元件：741集成运放、稳压管、电位器、电容、三极管、电阻、若干导线1.焊接总电路图：50%R10C3R112354U1R2R350%Rp1R450%Rp212354U2C1R17C412VVCCR5R6R7R8R9R11-12VVCC1R1250%R13C5C2R14a)集成运放741脚图：1.焊接电路板注意事项：b)元件没有错焊、漏焊。c)元器件摆放端正，焊接点圆滑。d)工艺布局美观。e)焊接牢固。2．万用表检查记录表+-GNDU1U2R1R2√7700√440012345678调零端反相输入端同相输入端VEE调零端输出端VCC空√235.5k9.9k3、610.3k365.01k621.48k差动放大器VC1VC2Ve1Ve28.298.17-0.56-0.56Ui3正弦信号1k/0.5VPPUo3=8.1(VPP)二、总结收获体会在这次设计、焊接过程中我对抽象的理论有了进一步的认识。通过这次课程设计，我了解了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、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。虽然这次实验使得我纠结了近一天，但收获的确很多。在这次实验中，总结了很多感触体会，我们不能盲目的图快，一定要在心底有个具体的谱然后下手去焊接，这样能让我们少走弯路，更加节省时间。在实验过程中，我也遇到了不少的问题，如波形失真，电路板测试时甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，自己的总结思索下，把问题一一解决。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，这次实验让我对过去未理解的很多知识有了明了的认识。这次课程设计让我体会到了在接好电路后测试出波形的喜悦与如重释负的轻松。此课程的设计，真的让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。这能让我们很好的加深对不知道的理论知识的理解，同时也巩固了以前知道的知识。明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。这次课程设计让我意识到运用所学的知识去解决实际的问题的重要性，我们学理工科的同学应更多的锻炼提高我们的动手能力。三、参考文献电子技术基础--模拟部分（第五版）康华光..高等教育出版社线路设计.实验.测试谢自美华中科技大学出版社四、仪表清单设计图所用仪器及器件1.直流稳压电源1台2．双踪示波器2台3.万用表1台4.运放7412片5.电位器4只（2只50k，1只100k，1只100Ω）6.电容3只470uf、2只0.1uf7.三极管90134只