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电子综合技能实训烟台南山学院电工电子实训中心电子教研室实训项目名称信号发生器的设计制作实训类型电子技能训练实训用时二周80课时实训分组二人一组教学目的1、目的：从使用Protel99软件设计信号发生器入手，通过设计、仿真、制作、检测信号发生器，使学生理论和实践相结合，加深学生对理论知识的理解，培养学生的实际动手和工作能力。2、基本要求：该实训分成教学模块和实际操作模块，先由老师逐块讲解示范，再由学生自己动手设计，然后动手安装、调试、制作。老师布置实训任务，学生在规定时间内完成，教师随时指导检查，最终使学生熟练掌握该实训的全部内容，并制作出电子产品，最后写出实训报告。信号发生器制作实训准备(一）信号发生器由以下几部分组成：1、±12v稳压电源电路2、方波产生电路3、三角波产生电路4、正弦波产生电路5、总的信号输出电路（二）设计任务和要求1、用1N4007、LM7812、LM7912设计出±12v稳压电源电路2、用集成运算放大器设计出能产生方波、三角波、正弦波且频率和幅度可调的信号发生器要求：1、在给定的±12V直流电源电压条件下，使用运算放大器设计并制作一个函数信号发生器。2、信号频率：1kHz～10kHz3、输出电压：方波：Vp-p≤24V三角波：Vp-p≤6V正弦波：Vp-p1V4、方波：上升和下降时间：≤10ms5、三角波失真度：≤2%6、正弦波失真度：≤5%（三）可选用器材1、1N4007、LM7812、LM79122、OP07、LM3243、电阻、电容若干(四)集成电路引脚图1、OP07NC81OA1IN-IN+V-OA2V+OUT7652342、LM3243、7812、7912（五）设备和耗材1、设备（1）电脑一台（装有protel99软件）(2)电烙铁（3）万用表（4）示波器2、耗材按材料清单进行准备实训过程设计1、protel99设计软件仿真的熟练使用。老师讲解学生练习4课时2、信号发生器原理图设计，教师指导4课时3、原理图的分析、过程、原则及方法4课时4、原理图的绘制，教师指导学生操作12课时5、PCB图制作，教师指导学生操作24课时6、制作印刷电路板，教师讲解指导学生操作8课时7、安装、调试、检测教师指导学生操作10课时8、实训总结、考核4课时最后由学生对本次实训提出建议，给老师提出评价函数发生器电路设计及组成1、设计要点产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波。再由积分电路将方波变成三角波，也可以先产生三角波-方波，再将方波变成正弦波或将三角波变成正弦波。本次设计采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，其电路组成框图如图1所示。比较器差分放大器积分器图12、方波—三角波产生电路图2所示电路能自动产生方波—三角波，其中运算放大器U1、U2选用运算放大器OP07。电路工作原理如下:若断开a点，运算放大器U1与R1、R2及R4、W1组成电压比较器，R1成为平衡电阻，C1称为加速电容，可加速比较器的翻转；运算放大器的反相端接基准电压，即V-=0，同相端a点接入电压Via。比较器的输出Vo1的高电平等于正电源的电压+VCC，低电平等于负电源电压-VEE（VCC=VEE），当比较器的V+=V-=0时，比较器翻转，输出VO1从高电平+VCC跳到低电平-VEE，或从低电平-VEE跳到高电平+VCC，设Vo1=+VCC，则V+=R2VCC/（R2+R4+W2）+（R4+W2）Via/（R2+R4+W2）=0式中，W1指电位器的调整值。将上式整理，得比较器的下门限电位Via-=-R2VCC/（R4+W2）若v01=-VEE,则比较器翻转的上门限电位：Via+=R2Vcc/（R4+W2）图2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Nov-2006SheetofFile:C:\PROGRAMFILES\DESIGNEXPLORER99\EXAMPLES\Sheet3.DDBDrawnBy:C20.1uR110kR230kR35.1kR510kR420k2374618U1OP07w2100kw320kw420kw1100kv012374618U2OP07VCCVEEC10.33uav02比较器的门限电压VTH=Via+-Via-=2R2Vcc/（R4+W2）a点断开后，运算放大器U2与R3、W3、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波v01，则积分器的输出V02=-1/（R3+W3）C2∫vO1dt当vO1=Vcc时，V02=-1/（R3+W3）C2*t当vO1=-VEE时，V02=-1/（R3+W3）C2*t可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波。a点闭合后，则比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波，三角波幅度为V02m=R2Vcc/（R4+W2）方波-三角波频率为f=（R3+W3）/{4R2（R4+W2）C2}3、三角波-正弦波信号变换电路三角波变为正弦波的方法总的看来可以分为两类：一种是通过滤波器进行“频域”处理，另一种则是通过电路作折线近似变换“时域”处理。具体有以下几种方案：（1）滤波式的优点是不太受输入三角波电平变动的影响，其缺点是输出正弦波幅度会随频率一起变化（随频率的升高而衰减）。我们一般不采用这种方法。（2）利用差分放大器的差模传输特性。这种转换方式比较简单，而且频带很宽。电路如图3。其中，晶体管选用差分对管，有2对特性完全相同的晶体管，RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，C2、C3为隔直电容，A3为同相比例放大器。电路利用了差放的转移特性，将三角波近似逼近为正弦波。图3三角波－正弦波转换电路图电路的安装与调试在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。（1）方波—三角波发生器的装调（如图2）由于比较器U1与积分器U2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，在安装电位器W2与W3之前，要先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，U1的输出VO1为方波，U2的输出VO2为三角波，微调W2，使三角波的输出幅度满足设计指标要求。调节W3，则输出频率连续可变。（2）三角波—正弦波变换电路的装调三角波—正弦波变换电路的调试步骤如下：①差分放大器传输特性曲线调试（如图3）将三角波—正弦波变换电路输入三角波，经电容C2输入差模信号电压Vid=50mv,fi=100hz的正弦波；调节RP1及RP2，使传输特性曲线对称；再逐渐放大Vid，直到传输特性曲线合适，记下此时对应的峰值Vidm；移去信号源，再将C2左端接地，测量差分放大器的静态工作点。②三角波—正弦波变换电路调试将图2中U2的6脚与图3中C2连接，调节RP1使三角波的输出幅度等于Vidm值，这时图3中A3的6脚输出的波形应近似于正弦波。对该设计的总结建议该电路已远远超过了课程设计题目所要求的各项性能指标，而且其三角波、方波的表现又颇为突出，通过改变三角波积分电容的方法，还可以将频率覆盖扩展至10Hz～100KHz。此次的函数发生器设计重在于设计和制作，虽然学生在实验中能把电路图接出来，并能正常工作,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉。所以应该让学生单独设计、安装、调试，教师进行指导。总的来说，通过这次的设计制作调试能更进一步地增强了学生的动手能力。