模拟电子技术课程设计--信号发生器.docx

模拟电子技术课程设计说明书1前言-信号发生器简介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。主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。2.函数发生器总方案及原理框图2.1方案简介及选择方案一：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。方案二：先产生方波，再将方波变成三角波，再将三角波通过差分放大器产生正弦波。本次设计采用方案一：即是按照正弦波方波三角波的顺序设计函数信号发生器，通过rc文氏桥振荡器产生正弦波，再通过由比较器构成的整形电路将正弦波变换成方波，最后通过积分器将方波变换成三角波。关键词：振荡器，比较器，积分器2.2 制作函数信号发生器的原理框图方波振荡器比较器积分器三角波正弦波图2-1-制作函数信号发生器的原理构造图3.函数信号发生器各组成部分的工作原理3.1正弦波发生电路的工作原理图3-1正弦波发生电路的原理图其中文氏电桥rc串并联构成正反馈支路，决定电路的振荡频率f0；rf和r1形成的是负反馈支路，该反馈支路决定起振的幅值条件和振荡波形的失真程度。而在实际电路中，往往在负反馈支路中加上两个反向并联的二极管d1、d2（如图3-2所示的实际电路中的d1、d2）,利用并联的反向二极管的非线性特性来实现稳幅的作用。有时候实际中会在并联的二极管两端再并联一个电阻来削弱二极管非线性的影响以改善波形的失真。图3-2 正弦波发生电路的仿真电路图正弦波发生电路的工作原理如下：如图3-1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。3.2正弦波方波转换电路的工作原理图3-1 正弦波-方波转换电路的构造原理图正弦波-方波转换的仿真电路如下图3-2 正弦波-方波转换的仿真电路图正弦波-方波转换的电路的工作原理如下：r1、d1、d2为输入保护电路，r1为限流电阻，防止vi过大时损坏运算放大器；d1、d2为输入保护二极管，限制输入电压幅度；输出回路r2为限流电阻，dz为双向稳压二极管，完成输出电压双向限幅，使得输出电压幅度限制为vz当vi为正弦波信号时，经比较器变换，输出vo为方波信号，如图4所示.图3-3 输出方波的特性曲线3.3方波三角波转换电路的工作原理图3-4 积分器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（如图3-5中的r10），目的是减小集成运算放大器输出端的直流漂移。图3-5 方波-三角波转换即积分器的仿真电路图积分器的工作原理原理如下：如图3-4所示，利用虚短和虚断两条法则求vo和vi的关系，有：有节点电流法可知等式经变形得到，表明v0与vi为积分关系。因此，若积分器输入为方波，其输出波形即为三角波。如图3-6所示图3-6 方波-三角波转换器即积分器的输出输入波形3.4电路参数的计算及选择3.4.1正弦波发生电路参数计算振荡频率，10hzf010r5，实际电路中选取100k或者150k的电阻都可以3.5正弦波方波三角波函数信号发生器的仿真电路图3-7 正弦波方波三角波函数信号发生器的仿真电路4 电路的仿真4.1仿真软件的简介本次设计采用multisim软件进行仿真，在multisim中按照设计原理图画出仿真图后，利用示波器查看输出曲线。eda是“electronic design automation”的缩写技术,已经在电子设计领域得到广泛应用。eda技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。eda已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国ni公司（美国国家仪器公司）的multisim 9软件就是这方面很好的一个工具。multisim 9软件的新特点：它可以根据自己的需求制造出属于自己的仪器；所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；所有的硬件电路上产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。multisim 9的组成：构建仿真电路；仿真电路环境；multi mcu - 单片机仿真；fpga、pld，cpld等仿真；通信系统分析与设计的模块；pcb设计模块：直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方图；自动布线模块等仿真的内容：器件建模及仿真；电路的构建及仿真；系统的组成及仿真；仪表仪器原理及制造仿真等4.2 电路仿真得到的波形图图4-1 仿真得到的正弦波的波形图图4-2 仿真得到的正弦波-方波转换电路的输入和输出波形图4-3 积分器的输入与输出波形5 函数信号发生器实物的制作与调试在multisim仿真的基础上，我们根据仿真的电路图购买制作实物所需要的元器件，有些不能买到的元器件我们用相关的性能接近的元器件代替：如20k电位器用的是100k电位器代替的，而1n4001的二极管用的也是1n4007的二极管来代替，6k的电阻用的是12k的电阻并联构成等等。一开始我们直接根据仿真的电路图来布置排版，结果由于运算放大器用的是lm324，其中包含4个运算放大器的结构，导致用了三个lm324，造成元器件的浪费；另外加上我们这个学期没有电工实习，所以在焊接实物的过程中频频出错导致部分元器件的浪费。焊接好的第一个电路板，拿到实验室进行调试的时候只能产生一些锯齿波，无论怎样调试都得不到理想的结果。第二次，我们吸收上一次的教训，首先利用protel画好电路板上的元器件分布排版图，如下图5-1所示图5-1 利用protel画出的排版图我们根据该排版图再次焊接一个电路板，借鉴于第一次焊接电路板的经验，第二次焊接电路板时要顺手一些，不过毕竟我们焊接电路板的基本功还没有到家，所以最后大功告成之后拿着第二个电路板拿到实验室去调试时，结果还是一无所获。迫于时间的限制和最近考试接踵而至，所以我们这组只好放弃实物的再次制作。望老师理解。6心得体会 紧张的模拟电子技术课程设计终于快告一段落了，回顾这近十几天的历程，从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。 从开始拿到课题，到本周五就要进行答辩，突然觉得很多事情真的不是自己能够掌握的。对于从未接触过仿真软件、理论知识掌握的也不是很牢靠的我来说，着实是一项非常艰巨的任务，但我还是欣然接受了这次“挑战”，毕竟不是自己一个人孤军奋战，还有同组者在身边鼓励和支持着自己，大家一起齐心协力坚持到最后。看似简单的课设，在我们动手操作起来却感觉十分吃力。第一次接触仿真软件multisim的我们花了不少力气进行初步的电路设计和仿真。从电路图的设计，到参数的计算，再到波形的仿真调试，每一项都需要不断修改才能符合要求，其间不乏抱怨与泄气。但是每当波形出现且符合要求时那喜悦与激动，让我们充满成就感，也激励着我们继续下去。这就是团结的力量。(*_*) 嘻嘻平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如三极管输出波形失真原因，平时看课本，这次看了，下次就忘了。通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。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。所以这次课程设计对我们的作用是非常大的。不紧加强了我们动手、思考和解决问题的能力，同时也加深了我们对理论知识的掌握。 当然课设也并非一帆风顺，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。当我们辛辛苦苦焊接好的电路板成为“废品”时，心中充满失落与抱怨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。我想说，课程设计确实有些辛苦，这些天不是坐在电脑面前研究仿真的电路就是坐在实际的元器件面前焊接电路板。但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，而这次课设正好给了我们一次机会。同学间的相互帮助也增进了我们的情谊!我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋!虽然最后我们的实物还是成为了失败之作！ 此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，虚心请教他人，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!而这次经历将成为一笔宝贵的财富! 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢!同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢! 梅 珊 2011年1月12日7元器件列表最后归纳一下这次课程设计中所有使用的元器件，如表7-1所示：表7-1 元器件清单多孔通用板1块导线及排插若干lm3243个1k欧电阻4个3.3k欧电阻1个6k欧电阻1个100k欧电位器3个1uf电容3个1n4001二极管4个稳压二极管rd152个示波器1台直流稳压源1台万用表1块参考文献【1】舒庆莹.电子技术基础实验（模拟部分）。武汉：