函数信号发生器课程设计之方波.doc

华北科技学院模拟电子技术课程设计 1 目录目录 一、概述 2 二、技术性能指标 2 2.1 设计内容及技术要求 .2 2.2 设计目的 .3 2.3 设计要求 .3 三、方案的选择 3 3.1 方案一 .4 3.2 方案二 .5 3.3 最终方案 .6 四、单元电路设计 6 4.1 矩形波产生电路 .6 4.2 三角波产生电路 .9 4.3 正弦波产生电路 11 五、总电路图 .13 六、波形仿真结果 .13 6.1 矩形波仿真结果 13 6.2 三角波仿真结果 14 6.3 正弦波仿真结果 15 6.4 三种波形同时仿真结果 15 七、pcb 版制作与调试 16 结论 .17 总结与体会 .18 致谢 .18 附录 1 元件清单 .19 附录 2 参考文献 .20 华北科技学院模拟电子技术课程设计 2 函数信号发生器设计报告函数信号发生器设计报告 一、概述 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中 有着广泛的应用。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。函数信号发生器在电路实验 和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系 统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音 频（低频） 、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高 频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加 热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大 或小、频率或高或低的振荡器。 二、技术性能指标 2.1 设计内容及技术要求 设计并制作一个信号发生器，具体要求如下： 1、能够输出正弦波、方波、三角波； 2、输出信号频率范围为 110hz，10100hz； 3、输出信号幅值：方波 up-p=24v，三角波 up-p=020v，正 弦波 u1v； 4、波形特征：方波 trrro 的关系选择 r 的值，为了计算方便，初选 r=159.2k，则 c=100nf1uf，我们采用双层波段开关两组 两支容值相差 10 倍的电容，则 c4=c5=1uf，c8=c9=100nf。 为了实现仿真，根据运算放大器的技术参数，并且结合经济 性，运算放大器为 ua741。为了防止由于电路故障输出电压过大， 在输出端并联接入两个串联的反向稳压管，且稳压管的稳定电压 高于正弦波输出的最大幅值 6v，故选用稳压值为 10v 的稳压管 10bq015。由于稳压管正常工作时需要串联一个分压电阻，故在 输出端串联入一个 1k 的电阻。 正弦波产生电路如图 8。 华北科技学院模拟电子技术课程设计 13 图 8 正弦波产生电路 为了保证电路的输出信号频率能达到要求，选择 r=15.92k 的固定电阻和 rw=143.28k 的滑动电阻的组合来达 到调整输出信号的频率。输出时，为了防止电路由于故障输出电 压太大导致负载不可逆转的损坏，在输出端并联接入了一对反向 的稳压管，且稳压管的稳定电压大于输出正弦波的最大值。以滑 动变阻器的可滑动端作为输出端，使输出电压稳定可调。 五、总电路图 华北科技学院模拟电子技术课程设计 14 图 9 函数信号发生器总电路图 六、波形仿真结果 6.1 矩形波仿真结果 图 10 矩形波仿真图 华北科技学院模拟电子技术课程设计 15 图 11 矩形波失真（转换时间） 由图知，矩形波转换时间为 t=98.295ns。 6.2 三角波仿真结果 图 12 三角波产生图 华北科技学院模拟电子技术课程设计 16 6.3 正弦波仿真结果 图 13 正弦波仿真图 6.4 三种波形同时仿真结果 图 14 三种波形仿真图 华北科技学院模拟电子技术课程设计 17 七、pcb 版制作与调试 1、pcb 设计。pcb 板的制作是运用 protel 软件来绘制，利 用 protel 制板的基本流程：准备原理图，设置 pcb 设计环境， 载入网络表，并纠正网络表的宏错误，布线规则设置，布线， pcb 的优化，dtc 检查，保存文件与输出。 准备原理图：根椐所画的电路图，在元件库中查找到所要求 的元件符号，在 protel 中绘制出原理图，在选择元件的时候特 别要注意元件的封装是否符合所需的封装要求。布线设置主要设 置线宽为 10mil、孔大小为 30mil，采用顶层、底层双层布线， 其他为默认设置。 布线采用双面板布线。布线原则：逻辑清晰、接线牢固、测 试方便、美观大方。 pcb 的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路 径。焊盘一般采用圆框直径为 6mm，孔直径大小为 3mm。 dtc 检查的主要任务是对先前的设计规则进行检查,查看是 否有违反规则的地方,如实际线宽是否比规则设置中的最大值还 大或小,是否还存在没有彻底布通的网络等。 保存文件与输出是保存设计中的各种文件，并打印输出，包 括 pcb 文档、元件清单等。设计工作结束。打印时可以把孔打印 成实心，可以自己控制孔的大小方便打孔。 2、热转印，通过打印机 pcb 图打印到热转印上，然后选择 大小合适的铜板，将铜板表面打磨干净之后，用带有 pcb 图的那 一面同铜板贴紧，经过热转印机，温度约 120 度，转印三次，即 把热转印纸上的 pcb 图转印到铜板上。 华北科技学院模拟电子技术课程设计 18 3、腐蚀，腐蚀这一过程是电路板成功的关键，将腐蚀液倒 入腐蚀机加热至 75 度后，将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行 腐蚀，腐蚀时间约一分钟即可。拿出洗净后如果没有发现断线、 短路等情况即可。 4、焊接元件，根据原理图，在 pcb 板上焊接元件。焊接时 要特别注意不要出现虚焊、短路等，元件的正负极反接、错接。 图 15 pcb 板正面 图 16 pcb 板反面 结论 此电路能够同时产生较好的正弦波和矩形波和三角波， 而三种波都可调频率，矩形波、三角波和正弦波的频率分 华北科技学院模拟电子技术课程设计 19 别可调且不相互影响，但是矩形波和三角波的频率时刻相 同，不可分开来调节。在选择方案时，也有更简单的方案， 但是考虑到仿真结果和实际器件时剔除了，最后器件的选 择是根据最简原则和从经济性方面考虑的，并且此电路实 现了这次设计的最终目的。但是如果用于实际，部分器件 应该根据实际情况加以改变。 总结与体会 经过三周的课设，终于达到了此次课设的目的，成功的 做出了函数信号信号发生器。虽说过程有点曲折，有点累， 但是最后得到了理想的结果，心里还是很高兴的。 此次课程设计设需要有最终方案的选择，自己通过比较， 仿真软件的仿真最终选择了最优的方案，经过小组成员的 努力，不断地查阅资料，终于做出了满意的方案，这很好 的锻炼了我们的自学能力。并且在pcb 制板和仿真过程 中，也遇到了各种各样的问题，但是经过仔细的分析电路， 同时与同学讨论，经过各种调试，得出了最终仿真结果。 使自己的理论知识和动手能力都有了很大的提高。 致谢 经过三周的课设，使我们认识到，书本上的知识往往和 实际不一样，只有经过自己亲自动手，才能最终的理解理 论知识。在此，首先感谢学校给我们这个机会，还有就是 感谢电子信息工程系所有指导老师，最后感谢冉小英指导 老师，是她让我们的设计方案由不完整到完整，直到最后 华北科技学院模拟电子技术课程设计 20 的成功。 附录 1 元件清单 表一 元件清单 元器件型号数量 芯片 ua7413 二极管 1n40012 稳压管 1n4742a2 稳压管 1n4740a2 稳压管 10bq0152 电解电容 470uf2 瓷片电容 10uf1 瓷片电容 1uf3 瓷片电容 100nf2 电阻 20k1 电阻 16k1 电阻 15.92k2 电阻 15k1 电阻 10k5 电阻 1k2 同轴电位器 143.28k2 电位器 100k3 电位器 50k1 电位器 2k1 双刀双掷开关 1 单刀三掷开关 1 直流电源 +13v1 直流电源 -13v1 附录 2 参考文献 华北科技学院模拟电子技术课程设计 21 1康华光主编.电子技术基础（模拟部分）第五版m.北京：高等教育出 版社.2006.1. 2康华光主编.电子技术基础（数字部分）第五版m.北京：高等教育出 版社.2006.1. 3邱关源原著.电路第四版.北京:高等教育出版社m.2006. 4吴运昌主编.模拟集成电路