函数信号发生器.doc

电子技术课程设计（报告）目 录1、设计的目的及任务11.1、设计目的任务与要求11.2、设计技术指标12、函数信号发生器的方案选择12.1、函数信号发生器的原理12.2、函数信号发生器的方案分析及选择13、函数信号发生器硬件电路43.1、矩形波发生电路43.2、矩形波-三角波转换电路5图3.1矩形波三角波转换电路63.3、三角波-正弦波转换电路63.4、总电路图7图3.3总电路图74、电路焊接练习74.1、占空比和频率独立可调的脉冲发生器74.2、收音机8总结10参考文献11电子技术课程设计（报告）1、设计的目的及任务1.1、设计目的任务与要求设计一个函数信号发生器；画出电路原理图； 确定元器件及元件参数。1.2、设计技术指标设计一个直流稳压电源，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：1）输出频率在1K10KHZ范围内连续可调；2）信号发生器要求输出方波、正弦波、三角波，电路供电电源为。3）方波输出电压峰峰值为12V，占空比可调范围3070，三角波输出电压峰峰值为8V（误差20%），正弦波电压峰峰值，无明显失真；2、函数信号发生器的方案选择2.1、函数信号发生器的原理函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块)。2.2、函数信号发生器的方案分析及选择方案一：采用集成芯片，如MAX038、ICL8038。MAX038CPP芯片采用20引脚DIP封装，引脚图如图1所示。各引脚功能简述如下： 图2.1MAX038管脚图表1MAX038管脚说明图引脚号名称功能1VREF2.5V基准电压输出2GND地3AO波形选择编码输入端（兼容TTL/CMOS电平）4A1同A05COSC主振器外接电容接入端6GND地7DADJ占空比调解输入端8FADJ频率调节输入端9GND地10Iin电流输入端，用于频率调节和控制11GND地12PD0相位检测器输出端，若相位检测器不用，该端接地13PD1相位检测器基准时钟输入,若相位检测器不用,该端接地14SYNCTTL/CMOS电平输出。用于同步外部电路，不用时开路15DGND数字地。在SYNC不用时开路16DV+数字+5V电源。若SYNC不用，该端开路17V+5V电源输入端18GND地19OUT正弦、方波或三角波输出端20V-5V电源输入端MAX038芯片附加少许外围电路就能够产生三角波、锯齿波、正弦波、方波、矩形脉冲波形。该芯片具有如下的功能特点： (1)输出频率范围：0.120MHz，最高可达40MHz： (2)输出波形占空比(1585)独立可调，占空比可由DADJ端调整，如果DADJ端接地，则输出占空比为50； (3)具有低输出阻抗的输出缓冲器，输出阻抗的典型值为0.1； (4)备有TTL兼容的独立同步信号SYNC(方波输出，固定占空比为50)，方便组建频率合成器系统； (5)低温度漂移。 对于所有输出波形来说，输出波形是以地为参考的对称波形，在低输出阻抗的情况下，输出电流可达到20 mA电流。正弦交流信号是一种应用极为广泛的信号。他通常作为标准信号，用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪器中也需要用标准的正弦信号检测一些物理量。根据上述使用原则，给出正弦波输出的工作电路，如图2.2所示。图2.2MAX038函数信号发生器电路图方案二：产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过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；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题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。本课题中函数发生器电路组成框图2.3如下所示：由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由RC并联选频网络完成。图2.3基本原理框图3、函数信号发生器硬件电路3.1、矩形波发生电路因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。图3.1(a)所示为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC贿赂既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。图3.1(a)中滞回比较器的输出电压u0=UZ，阈值电压 (1)设某一时刻输出电压U0=+UZ,则同相输入端电位uP=+UT。U0通过R3对电容C1正向充电。反相输入端电位UN随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uN趋于+UZ;但是，一旦uN=+UT,再稍增大，u0就从+UZ=跃变为- UZ，与此同时uP从+UT跃变为-UT。随后，u0又通过R3对电容C1反向充电，或者说放电。反相输入端电位uN随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uN趋于-UZ但是，一旦UN=-UT，再稍减小，uo就从-UZ跃变为+UZ，与此同时up从-UT跃变为+UT，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。当uo=+UZ时，uo1通过RW3、D2、RW6对电容正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则上升时间T1为：T1=(RW3+RW6)C1ln（1+2R1/R2） (2)当uo=-UZ时，uo通过RW3、D1、RW5对电容反向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则下降时间T2为：T2=(RW3+RW5)C1ln（1+2R1/R2） (3)T=T1+T2(RW3+RW2)C1ln(1+2R1/R2) (4)改变电位器RW2的滑动端可以改变占空比，但周期不变。调节RW1的滑动端可以改变周期，也同时可改变占空比。占空比为： (5) 占空比可调范围大于3070。3.2、矩形波-三角波转换电路将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出端就得到三角波电压。当方波发生电路的输出电压u01=+UZ时，积分运算电路的输出电压u02将线性下降；而当u01=-UZ时，u02将线性上升。当u01=+UZ时，D2导通，D1截止，输出电压的表达式为： (6)u02随时间线性下降。当u01=-UZ时，D1导通，D2截止，输出电压的表达式为： (7)u02随时间线性上升。根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出振荡周期为： (8)所以调节电位器RW1的滑动端可以调节三角波的频率。u02是三角波，幅值为，u01是矩形波，幅值为UZ。由于积分电路引入另外深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。当R1增大时，u01的占空比将不变，振荡频率将增大，u02的幅值将减小；若RW1的滑动端向上移动，则u01的占空比将不变，振荡频率将增大，u02的幅值将不变；若RW2的滑动端向上移动，则u01的占空比将减小，振荡频率将不变，u02的幅值将不变。图3.1矩形波三角波转换电路3.3、三角波-正弦波转换电路为了使得振荡频率连续可调，常在RC串并联网络中，用双层波段开关接不同的电容，作为振荡频率f0的粗调；用同轴电位器实现f0的微调。RC桥式正弦波振荡电路以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点。图3.2三角波正弦波转换电路、，电阻，电位器。，所以f0的最小值： (9)f0的最大值： (10)3.4、总电路图图3.3总电路图4、电路焊接练习4.1、占空比和频率独立可调的脉冲发生器一、电路图图4.1脉冲发生器原理图 图4.2LM324管脚图二、基本原理IC1为阈值检测器，IC2为积分电路，它的输出为三角波。IC1输出正向电压使IC2输出负向三角波。当负向三角波达到某一值时其正反馈使IC1翻转，输出变负，从而引起IC2输出正向三角波。由此周而复始。IC1的输出偏置电压和输出饱和电压将决定三角波的幅值。本电路中的三角形输出幅值峰峰值为1伏，并与地对称。IC3为电压跟随器，100K电位器提供可变的参考电压，IC3输出的参考电压与IC2输出地三角波电压送比较器。改变参考电压可改变比较器输出脉冲的占空比，而且输出脉冲频率不变。调节R1可改变比较器输出脉冲频率，R1的改变使积分器积分常数变化，但它并不改变输出波形的占空比。三、焊接情况及总结组装、焊接工具及消耗品： 烙铁、镊子、楔口钳、尖嘴钳，螺丝刀、焊锡等。组装焊接注意事项：注意安全：烙铁电源线是否存在漏电隐患。烙铁在焊接中温度较高，严禁烫伤他人和自己。也不要碰到其他任何可燃物，特别是导线！烙铁放置：烙铁头向外，导线向自己。2.焊接过程及方法：正式焊接前应练习，掌握焊接方法后再正式焊接。在焊接前，烙铁应充分加热，达到焊接的要求。用内含松香助焊剂的焊锡进行焊接，焊接时锡量应适中。焊接时两手各持烙铁、焊锡，从两侧先后依次各以45度角接近所焊元器件管脚与焊盘铜箔交点处。待融化的焊锡均匀覆盖焊盘和元件管脚后，撤出焊锡并将烙铁头沿管脚向上撤出。待焊点冷却凝固后，剪掉多余的管脚引线。每次焊接时间在保证焊接质量的基础上应尽量短（5秒左右）。时间太长，容易使焊盘铜箔脱落，时间太短，容易造成虚焊。做好之后，进行检测，观察波形，发现出现方波。4.2、收音机一、电路图图4-3 收音机原理图二、基本原理1、接收回路LC并联谐振回路在其固有振荡频率等于外界某电磁波频率时产生并联谐振，从而将某台的调幅发射信号接收下来。并通过线圈耦合到下一级电路。2、变频电路作用：将天线回路的高频调幅信号变成频率固定的中频调幅信号。原理：利用晶体管的非线性特性，对输入信号的频率进行合成，得到多个频率不同的输出信号，并通过选频回路选择所需要的信号。在超外差收音机中，用一只晶体管同时产生本振信号和完成混频工作，这种电路称为变频。3、中频放大电路作用：将中频信号进行放大。要求：有足够的中放增益，常采用两级放大；有合适的通频带；频带过窄，音频信号中各频率成分的放大增益将不同，将产生失真；频带过宽，抗干扰性将减弱、选择性降低。为了实现中放级的幅频特性，中放级都以LC并联谐振回路为负载的选频放大器组成，级间采用变压器耦合方式。4、低放和功放作用：对音频信号的幅度和功率进行放大，推动扬声器。三、焊接情况及总结1、组装前的准备工作参照元器件清单清点元器件的种类和数目并用万用表检查各元器件的参数是否正确及是否损坏。电阻的检查：通过电阻的色环读出各电阻的电阻值并用万用表进行验证，检查其数量与参数是否与清单一致。电容及双连的检查：用万用表的欧姆档检查电容有无短路、断路。好的电容在用万用表检查时有明显的充电过程。2、对照原理图检查印刷电路板布线及各元器件位置是否正确。要求能清楚地将原理图和印刷电路的元器件和连线对应起来。处理元器件各管脚（去氧化层）并镀锡。在处理过程中可用小刀刮掉各管脚氧化物到管脚发亮（处理管脚也可在焊接过程中进行）。3、组装顺序：原则：方便焊接。从左到右，从上到下，从中央到四周、从大到小。本次实验由于所有元器件高度均不应该超过中周，组装顺序可按下执行：双连；振荡线圈、中周；输入变压器、输出变压器；电位器；电阻、电容、二极管、三极管；天线线圈；耳机；喇叭导线、电源线及其他导线。焊接完之后，装上电池进行调频。焊点一定要焊好，每个焊点之间应相对独立，否则可能出现短路现象。而且，测试点的断接地方也要用焊锡融化连接，否则电路不导通。总结通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“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。知道了函数信号发生器一般要产生三种波形。并且了解了比较器的作用，对积分电路有了更深刻的认识。知道了正弦波电路产生的条件。和几种正弦波振荡电路的用途。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在占空比和频率独立可调的脉冲发生器中，我了解了LM324在电路中的应用，对电路的焊接有了进一步的认识。我认为最主要的是搭好电路模板。电阻不能接错位置，焊点要焊好。收音机的制作简单，元件常见、易购买，容易组装，智能化高。特别是使用方便。在此过程中，焊接是实验成功的重要保证，所以每个焊点都很仔细。还有在调试时，必须分步骤完成，否则很容易烧毁元件。通过这次的课程设计，掌握了常用元器件及材料