方波-三角波-正弦波函数信号发生器

1苏州科技学院天平学院模拟电子技术课程设计指导书课设名称正弦波－方波－三角波信号发生器设计学生姓名王鹏飞1032106110王凌飞1032106125徐跃1032106112高尚1032106109专业物联网1021指导教师胡伏原2一设计课题名称正弦波－方波－三角波信号发生器设计二课程设计目的、要求与技术指标2.1课程设计目的（1）巩固所学的相关理论知识；（2）实践所掌握的电子制作技能；（3）会运用EDA工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计；（4）通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则；（5）掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题；（6）学会撰写课程设计报告；（7）培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风；（8）完成一个实际的电子产品，提高分析问题、解决问题的能力。2.2课程设计要求（1）根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图，分析工作原理，计算元件参数；（2）列出所有元器件清单；（3）安装调试所设计的电路，达到设计要求；（4）记录实验结果。2.3技术指标（1）输出波形：方波－三角波－正弦波；（2）频率范围：100HZ~200HZ连续可调；3（3）输出电压：正弦波-方波的输出信号幅值为6V.三角波输出信号幅值为0~2V连续可调；（4）正弦波失真度：%5。图3.2函数发生器设计原理函数发生器组成框图，主要有RC桥式振荡电路，过零比较器，积分器三大主要模块电路构成。经过RC桥式振荡电路产生正弦波波，再经过零比较器产生方波，然后由积分器产生三角波。其总的原理设计框如图：图1总的原理框图2.2正弦波产生电路利用RC桥式振荡电路产生正弦波，原理如下图所示；其中RC串并联电路构成正反馈支路，同时兼并选频网络，R1,R4,R5及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。积分器过零比较器正弦波方波三角波RC桥式振荡器4图2RC桥式振荡电路原理图调节电位器R2，可以改变负反馈深度，以满足震荡的振幅条件和改善波形，利用两个反向二极管D1,D2正向电阻的非线性来实现稳幅。D1,D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。R2的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。振荡频率：12210CRf（2.1）其振幅值条件：)||3(5421rvdRRRRfRRf（2.2）图3正弦波仿真图2.3方波产生电路5利用过零比较器产生方波，其原理如下图所示，其中D1,D2决定其输出电压的幅值。U1COMPARATOR_VIRTUALD11N5235BD21N5235B10XFG10XSC1ABCDGT23图4过零比较器原理图由图可知，该电路为处于开环状态的集成运放是一个最简单的过零比较器。犹豫理想运放的开环增益为无穷大。因此，当输入信号小于零时，输出为高电平；当输入信号大于零时，输出为低电平。从示波器输出波形可知，当输入为正弦波时输出为正弦波。其中稳压管的作用是实现限幅。方波的幅值为：UzUom(2.3)图5方波仿真图2.4三角波产生电路6利用积分器产生三角波，其原理电路如下图所示：C15uFR16.8kΩV1-12VV212V0XFG105XSC1ABExtTrig++__+_0U2ATLV2772CD3284112304图6积分器原理图图中，同相输入端接地，由于输入端不取电流，同相端电位为零，反相端虚地，流过电容的电流与流过电阻的电流相等经计算可知当输入方波时输出为三角波。三角波的幅值：RviiRic（2.4）vidtRCicdtCvo11（2.5）VcCRViUom11（2.6）7图7三角波仿真图2.5函数信号发生器总电路图U1ATLC25L2ACD32481R110kΩR215kΩKey=A33%R315kΩ21D11N4007R42.7kΩD21N40073R510kΩR610kΩC1150nFKey=A50%C2150nFKey=A50%5700V1-12VV212V0D31N5235BD41N5235B4R97kΩ0R76.8kΩU3ATLV2772CD32841C36uFKey=A50%150R88kΩ0XSC1ABCDGT821U2ATLV2772CD3284196101213图8方波—三角波—正弦波函数信号发生器可以通过调节可变电容来达到调节频率的目的。后面产生的方波，三角波的频率与正弦波的频率保持一致，所以只要调解正弦波的频率就能达到调节整个电路的目的。当可变电容为150nf时，它的13%对应800HZ；15%对应700HZ；18%对应600HZ；21%对应500HZ；25%对应400HZ；34%对应300HZ；51%对应200HZ；99%对应100HZ。同时，积分器的电阻值和电容值可以通过正弦波的周期与峰峰值来进行定值。8图9总电路仿真图3实验元器件清单序号名称型号数量1虚拟示波器XSC112可变电容150nf23可变电容6uf14滑动变阻器15k15电阻10k396电阻15k17常规二极管In400728电阻2.7k19电阻7k110稳压二极管In5235D211电阻6.8k112电阻8k113集成运放TLV2273CD214集成运放TLC25L2ACD115直流电源12V2表1元器件清单4心得体会这个学期通过电子线路与信号与系统的学习。同时通过这次课程设计，我学会了很多，通过实验增强了我动手、思考和解决问题的能力，同时，我也对书本上的知识有了深入细致的了解。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，比如一开始仿真是总是直线基本上两天都是调处直线，真的很郁闷，同学无意识的谈话让我发现了自己的错误，回头想想就那么简单的原理被自己一直忽略，造成了很难调试出来，因此耗费在这上面的时间用去很多。不过这其中一次次的尝试，一次次的摸索直到最后得到正确的输出波形，这期间的心情真的很难说出来我觉得这次课程设计我学到了很多，虽然结果可能有些失真，不过这是自己经过千辛万苦调试出来的，对自己还是比较满意的。还有就是对电子元器件有了一定的认识平时学习中就是一个集成运放放大器没有什么型号，但做实验室时元件的型号有很多，这其中一次次的尝试，让我对其他的元件都有了一定程度的认识。还有虽然只是仿真，没有实际的制作，但接近了实际的模拟，让我把书本中的知识穿插到试验中，加深了对部分电路的理解。这个课程设计我用了几乎四天的时间，其中真的想放弃，但就是在要放弃时，一个小小的图形波动都会让我重新恢复起来，我又会从一开始努力。这次课程设计，让我感到理论很重要的同时，实践也很重要，否则一切都会是一纸空谈。所以以后我要加强对课本知识的理解，学会发现为什么，然后去解决它。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。我相信通过我的努力我一定更把这门课学好。10通过这次试验我也认识到，自己的才是最好的，我上网查了好多资料，在想要放弃的时候，我也想过粘帖复制一下算了，但自己真的很不甘心，慢慢的有了思路，慢慢的看到了波形，虽然波形不那么完美，但在两者之间我还是用了我的实验数据。这期间虽然不那么顺利，但最总我坚持下来了我认为我是最棒的。总体说来,这次实习使我受益匪浅。在付出艰辛的同时，我也所获了属于我的果实，真的很开心。参考书籍[1]董尚斌.电子线路（1）[M].出版社:清华大学出版社，2007年.[2]户彩凤.电子技术实验指导书[M].出版社:电子工程系，2006年.[3]蒋黎红，黄培根.电子技术基础实验&Multisim10仿真[M].出版社：电子工业出版社，2010年.总电路图如下图3.3所示图3.3七讨论调试过程中，方波波形出现了一些失真，猜想是存在一定干扰，在检查接线是否存在松动以及将示波器测试头的黑夹子接地后，得到改善。通过调节滑动变阻器可以改变占空比，得到最理想的输出波形。11八成员分工主要成员主要完成工作、高尚前期电路设计；部分报告撰写及整理其他组员报告；电路接线与调试徐越电路中参数计算；部分报告撰写；辅助电路接线王鹏飞网上搜索ICL8038资料；部分报告撰写；领取元器件王凌飞图书馆文献查阅；部分报告撰写九设计总结（1）课题设计情况总结；经过这段时间不懈的努力，我们小组顺利完成了课程设计的全部任务。通过这次设计，我们的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我们学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。理论学得好，但如果只会纸上谈兵，一点用都没有。同时，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。（2）知识与技能应用情况；总的来说，我们的实验进行的比较顺利，根据原理图我们很快接好了线。在实验过程中，我们也遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。这次实习我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本了解了一个电路元件是如何构成的，还有以前看的集成板上让人难琢磨的电路焊接图我都可以看懂一些了，其中的电路仿真也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。我们顺利完成了这周的模拟电子的课程设计。（3）建议和改进；这次课程设计让我们学到了很多，不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我们的动手能力，更令我们的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些主要参考文献！【1】《电子技术基础--模拟部分》（第五版）康华光主编高等教育出版社2006【2】《电子线路设计、实验、测试》(第二版)谢自美主编华中科技大学出版社200012【3】《电子电路大全(合定本)》中国计量出版社2003【4】《常用模拟集成电路手册》郝鸿安主编人民邮电出版社2005【5】《模拟电子技术实验及综合实训教程》于卫主编华中科技大学出版社2003