函数信号发生器的设计.docx

华北科技学院课程设计函数信号发生器设计报告1.设计目的（1）进一步熟悉和掌握模拟电子电路的设计方法和步骤；（2）进一步理解函数信号发射器的结构、组成及原理，将理论和实践相结合。2.设计任务（1）已知条件：产生正弦波、方波和三角波，输出频率、幅值可调。（2）指标要求：输出频率300hz-10khz可调，输出幅值30mv-3v可调，输出阻抗小于100欧3.设计要求（1）完成全电路的理论设计；（2）参数的计算和有关器件的选择；（3）完成eda电路搭建及仿真分析：（4）撰写设计报告一份，a3图纸一张。报告内容包括：总体方案的选择和设计，各单元电路的选择和设计，参数的计算，系统电路的仿真与分析。4.参考资料（1）高吉祥主编，电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，2004（2）谢云主编，现代电子技术实践课程指导，北京：机械工业出版社，2003（3）李万臣主编，模拟电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，2001（4）李立主编，电工学实验指导，北京：高等教育出版社，2001目录一、总体方案选择3(一)原理介绍3（二）方案选择3二、单元电路的选择与设计4（一）正弦波发生电路的选择与设计4（二）正弦波方波转换电路的选择与设计7（三）方波-三角波转换电路的选择与设计10（四）总电路图13三 电路仿真14（一）软件介绍14（二）仿真得到的正弦波的波形图15（三）仿真得到的正弦波-方波转换电路的输入和输出波形16（四）仿真得到的方波-三角波转换电路的输入和输出波形 17四 附录18五 心得体会及建议19六 参考文献20一 总体方案选择（一）原理介绍信号发生器是指产生所需参数的的电测试信号的仪器。按信号波形可以分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称为信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛应用，各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器信号发生器用来产生频率为20hz200khz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。（二）方案选择考虑到自己能力所及，我们决定采用先产生正弦波，再由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这一方案。具体原理如图1所示：图1 制作函数信号发生器的原理构造图二 单元的选择与设计（一）正弦波发生电路的选择与设计1.方案选择 正弦波发生电路我们采用如图2所示电路：图2 正弦波发生电路的原理图 2.原理概述如图所示原理构造图，正弦波电路由放大电路、正反馈网络和选频率网络组成。rc串联臂阻抗为z1，rc并联臂阻抗为z2，通常要满足r1=r2，c1=c2，其频率特性分析如下：，反馈网络的反馈系数因s=jw，令w0=1/rc，则反馈系数为幅频特性表达式为当w=w0=1/rc时，幅频响应有最大值fvmax=1/3。此时相频响应为。这样rc串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输出电压同相，即，rc反馈为正反馈，满足相位平衡，可能产生振荡。调节rc的参数时可实现频率谐振，在频率谐振过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。本次采用rc正弦波振荡器，可产生7hz至16khz的低频信号，满足设计要求。3.参数计算振荡频率，10hzf010r5，实际电路中我们选取150k 电阻。4.方案的具体实现运用积分电路，把方波转换成三角波。但是在实际电路中通常在积分电容的两端并连一个反馈电阻rf用作直流负反馈，目的是减小集成运算放大器输出端的直流漂移。实验具体电路如图9所示： 图9（四）总电路图 如图10 所示为实验总电路图图10三 电路仿真（一）软件介绍multisim电子电路全功能模拟测试仿真软件，是一套完整的系统设计工具，其强大功能包含： 元器件编辑、选取、放置；电路图编辑、绘制； 电路工作状况测试；电路特性分析； 电路图报表输出打印；档案转入/出；pcb文件转换功能； 结合spice、vhdl、verilog共同仿真；高阶rf设计功能； 虚拟仪器测试及分析功能；计划及团队设计功能； vhdl及verilog设计与仿真；fpgacpld组件合成。本次实验我们采用的是multisim10版本，multisim10界面直观，操作方便，元器件和仪器的图形与实物外形十分接近，且仪器的操作开关、按键也与实物极为相似。作为multisim仿真软件的最新版本，multisim10不仅完善了以前版本的基本功能，更增加了许多新的功能，包括：1.更完备的元器件库。2.灵活方便的电路图输入工具。3.虚拟仪器和测试功能。4.支持mcu（微控制器）仿真。5.具有pcb文件的转换功能。multisim10有很多自身独特的特色，他有所见即所得的设计环境；互动式的仿真界面；动态显示元件；具有3d效果的仿真电路；虚拟仪表；分析功能与图形显示窗口等等。在 multisim 仿真中，：要找到合适的原件进行放置，并且要注意版面的安排。：仔细认真的进行连线，首先进行临近原件的连线，最后进行全部的连线。注意连线时不要出现短路交叉太多的情况，该点节点时一定要注意点节点，要记得集体接地的时候不要出现漏的情况，连线时要记得不能一条线分成好几节来画。：全部觉得没问题时，开始仔细的检查一遍自己的连图，至少三遍确定自己是否连对。：在确定连对的基础上，进行仿真。（二）仿真得到的正弦波的波形图将示波器输入端正确接入到正弦波发生电路的输出端，进行仿真。调节示波器的刻度观察如下图： （三）仿真得到的正弦波-方波转换电路的输入和输出波形将示波器输入端a正确接入到正弦波发生电路的输出端，将示波器输入端b正确接入到方波发生电路的输出端进行仿真。调节示波器的刻度观察如下图：（四）仿真得到的方波-三角波转换电路的输入和输出波形将示波器输入端a正确接入到方波发生电路的输出端，将示波器输入端b正确接入到三角波发生电路的输出端进行仿真。调节示波器的刻度观察如下图：四 附录设计图所用仪器及器件序号仪器名称数量1直流稳压电源62普通电阻63稳压管02bz2.214集成运放lm324ad35滑动变阻器36普通电容37二极管1n40014五、心得体会及建议为期三个星期的课程设计已经结束，在这三星期的学习、设计、过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。1.通过对函数信号发生器的设计，我掌握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。2.通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。在整个设计过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！3.其次，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，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。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，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。建议：希望学校以后能增加这样实践的机会，把学习的理论知识应用到现实中