函数信号发生器课程设计doc解读[优秀]_函数信号发生器doc

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模拟电路课程设计报告 设计课题:信号发生器设计 班级:11电子信息工程3班 学生姓名:曹运恺 学号:2011551017 指导教师:马铭磷 设计时间:2013.4.15—5.18 目录

一、信号发生器摘要--------------------3

二、设计目的---------------------3

三、设计内容和要求-----------------3

四、设计方案-----------4

五、组装调试部分---------------------------10

六、总结设计电路,改进措施----------------------11

七、收获和体会----------11

八、参考文献-------------12 信号发生器设计

一、摘要:本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程,并根据输出波形特性研

究该电路的可行性。在此基础上设计了一种能产生矩形波,三角波,正弦波的模块电路,包括了原理图和测试图

二、设计目的: 1.了解方波,三角波,正弦波产生的原理.掌握方波-三角波-正弦波的设计方法和调试技术。

三、设计内容与要求

①RC桥式正弦波产生电路,频率分别为300Hz、1KHz、10KHz,500KHz,输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。

②矩形波电路,频率3KHz,占空比可调范围10%~90%,输出幅值3V、负载1KΩ。

③三角波电路,频率1KHz,占空比可调范围10%~90%,输出幅值3V、负载1KΩ。

④多用信号源产生电路,分别产生正弦波、方波、三角波,频率范围100Hz~3KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。

四、设计方案

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:

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 RC f o π21 = 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(311112 2 RC RC j RC j R C j R RC j R f Z Z Z U U F ωωωωω-+= ++++=+= = ∙ ∙ ∙ 令,1 RC o =ω则上式可简化为（31 ω ωωωO O j F-+ =∙,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 ∙ |(31 2 2 ω

ωωωo o-+=(arctan ωωωωϕo o F--=, 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: RC f o π21 =;振荡的幅度平衡条件| F A ∙ ∙

|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||>∙ ∙

F A 的幅度条件。已知当

f f o = 时,3 1 ||=∙

F ,由此可求得振荡电路的起振条件为: 3|| >∙ u A 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: 3R 1>'+ R F(即 R F =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R W 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 R W(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 dt u u I O RC ⎰= 1 u I u I 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R f 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R f 对电容C 反向充电,Un 随时间逐渐增长而减低,当t 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u u C O-=;又由于“虚断”,运放反相输入端的电流为零,则i i C I =,故R i R i u C I I ==,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,t u u RC I O =, 输出波形以 RC u I 的斜率上升,当 u I

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:

五、组装调试部分 1.焊接总电路图:

-12V 2.测试仪器:示波器,万用表,直流电源。

3.调试电路:调试电路是多信号发生器,根据电路焊接好以后,接上电源和示波器,调试。

4.故障、原因及排除方法

1．如果出现不了波形，那常见的问题有，焊接短路(这样可能烧坏芯片，电路 连接错误，器件正负极接反，导线接触不良等。这样解决问题的方法通常是用万 用表去测量电阻值才看看哪里出问题了 2.如果只出现了部分波形，比如出现了三角波，说明电路前半部分没有问题，只需检查后半部分就好了，还有常出现的问题就是第二个电位器调节无任何的波 形变化，这说明问题可能电位器连接错了，用万用表测试下就可以了 3.如果三个波形都出现了，且正弦波失真，这需要调节第三个电位器阻值，来调 节最适合的静态工作点，使其稳定，改变第一个电位器阻值可以改变输出的频率，改变第二个电位器阻值，通过改变输出的电压，是其工作在不同的区域，而出现 不同的波形。六 总结设计电路，改进措施 1.正弦波产生电路中，为了进一步改善电压幅度稳定的问题，可以在放大 电路负反馈回路中采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输 出电压的稳定，Rf 可用温度系数为负的热敏电阻代替，也可以利用 JEFT 工作在可变电阻区达到稳幅的目的 2.多信号产生电路中，三角波转换成正弦波时，可以用低通滤波器得到正弦 波，电路比较简单。七 收获和体会 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。11

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。

一、参考文献 康光华主编．模拟电子技术基础（第五版）．高等教育出版社 《模拟电子技术基础（第四版）》 电子技术基础实验教程 高等教育出版社出版.湘潭大学出版社

四、仪表清单 设计图所用仪器及器件 1.直流稳压电源 2．双踪示波器 3.万用表 4.运放 5.电位器 6.电容 7.三极管 12