简易函数信号发生器的设计

1、 简易函数信号发生器的设计漳州师范学院简易函数信号发生器的设计课程设计姓 名： 张沣年 学 号： 100505211 班 级： 10电气2 指导教师： 周锦荣 2012年 5月 5 日 目录0 摘要.21 设计任务要求.21.1 任务.31.2 设计要求.32 方案选择.32.1 方案1.32.2 方案2.43 设计原理.43.1 方波发生电路单元.43.2 三角波发生电路单元.53.3 正弦波发生电路单元.6 3.4 实验仿真情况.74 PCB布板图.95 实物安装调试.9 5.1 测试波形.9 5.2 实验结果分析.12 5.3 测试数据.136 设计总结.137 元件清单.14 0、摘要

2、 本设计利用集成运算放大器LM324设计一个简易函数信号发生器，根据所学的知识，运算放大器可以构成滞回比较器、积 分器和无限增益多路反馈二阶低通滤波器电路，可以分别产方波、三角波和正弦波。依靠这些电路的组合，就可以制作成简易波形发生器电路。采用双电源供电方式，要求在2k负载条件下，输出信号满足： （1）正弦波：；方波：；三角波： ；（2）频率范围：范围内连续可调；（3）波形无明显失真。关键词：滞回比较器、积分器、无限增益多路反馈二阶低通滤波器 1、设计任务要求1.1、任务利用集成运算放大器LM324设计一个简易函数信号发生器，要求能产生正弦波、方波和三角波三种波形。1.2、设计要求 采用双电源

3、供电形式：电源、；要求在2k负载条件下，输出信号满足： （1）正弦波：；方波：；三角波： ；（2）频率范围：范围内连续可调；（3）波形无明显失真。 2、方案选择 2.1、方案1 采用ICL8038集成函数信号发生器芯片外加电阻、电容元件，构成波形发生电路。ICL8038集成函数信号发生器芯片是一种多用途的波形发生器芯片，它可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。它的振荡频率可以通过外加的直流电压进行调节，是一种压控集成函数信号发生器。虽然ICL8038集成函数信号发生器的功能强大，但是它的价格昂贵，而且市面上也较难买到。如果用ICL8038芯片来制作简易波形发生器系统，则会大大增加系统的制作

4、成本。 2.2、方案2 采用LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易波形发生器。LM324是一种集成运算放大器芯片，它的内部有四个独立的运算放大器。根据所学的知识，运算放大器可以构成滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路，可以分别产生方波、三角波和正弦波。依靠这些电路的组合，就可以制作成简易波形发生器电路。该电路具有效率高、体积小、重量轻，输出稳定等特点。而且LM324集成运放芯片价格低廉，又很容易买到，可以降低电路的制作成本。基于这种考虑，方案2被选用。 3、设计原理由图1可以看出，电路分为三级，即由运算放大器构成的滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器。UO1

5、、UO2、UO3是电路的三个输出端，分别输出方波、三角波和正弦波。3.1、方波发生电路单元电路的第一级是一个滞回比较器，用于输出方波。它输出电压的幅度由稳压管ZD1、ZD2共同决定。设计中，ZD1、ZD2均选用5.1V的稳压二极管，则它们的稳压幅度UZ为： +UZ 5.10.75.8(V)其中，0.7V为二极管ZD1正向导通时的管压降。 -UZ -(5.10.7)-5.8(V)其中，0.7V为二极管ZD2正向导通时的管压降。所以， UO1UZ5.8(V)电 源滞回比较器积分器二阶有源低通滤波器方 波三角波正弦波 波 图1 电路框图 图2 原理图 3.2、三角波电路发生单元电路的第二级是一个积分

6、器，用于输出三角波。当电路的第一级输出的方波信号UO1送入该级电路后，由该级电路对信号进行积分变换以后，产生三角波信号UO2。UO2分成两路，一路输入第三级电路，另一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的VREF。第二级电路的输出电压幅度为：+UO2R1/R2UZ+ UZ2.6(V)-UO2-(R1/R2UZ)- UZ-2.6（V）电路的频率调节由改变滑动变阻器Rw1的阻值来实现，振荡周期可由以下的公式求得： T4R1Rw1C1/ R2 理论上，可以计算得出的频率调节范围为： 最高频率： T4101030.1106/(22103) T0.00018（ms)电路的频率调节由改变滑动变阻器Rw1的阻

7、值来实现，振荡周期可由以下的公式求得： T4R1Rw1C1/ R2 理论上，可以计算得出的频率调节范围为： 最高频率： T4101030.1106/(22103) T0.00018(ms) f1/T1/0.000185555.6（HZ) 最低频率： T410103501030.1106/(22103)9.09（ms) f1/T110(HZ)所以电路理论上频率可调节的范围为1105555.6(HZ),满足设计要求的2003K（HZ)的要求。3.3、正弦波电路发生单元第三级电路是无限增益多路反馈二阶低通滤波器，用于对第二级电路送来的信号UO2进行滤波。UO2经过第三级电路的滤波之后，变换成正弦波信

8、号后由UO3输出。第三级电路的输出电压幅值为： UO3(-1/sRw2C3)UO2第三级电路的上限截止频率可调，调节RW2可以改变电路的上限截止频率，上限截止频率为： f1/2C2C3RW2Rf同时，当调节RW1改变电路频率时，会使正弦波发生失真，此时可调节RW2的阻值，使正弦波不失真。3.4、实验仿真情况方波仿真情况三角波仿真情况正弦波仿真情况 4、 PCB布板图 图3 PCB布板图 5、实物安装调试 5.1、测试波形5.1.1 方波测试波形及测试数据 由上图可知在不失真的情况下，在实际调试当中方波可达到的最低频率为117.9HZ，最高频率可以达到2.359KHZ,VPP12.2V。 5.1

9、.2、三角波测试波形及测试数据上图可知在不失真的情况下，在实际调试当中方波可达到的 最低频率为117.8HZ，最高频率可以达到1.471KHZ,VPP的范围为5.768.20V。5.1.3、正弦波测试波形及测试数据 由上图可知在不失真的情况下，在实际调试当中方波可达到的最低频率为118.3HZ，最高频率可以达到1.038KHZ,VPP范围为44174mV。5.2、实验结果分析经测试，电路的设计与设计要求存在着差异，且电路的第三级的误差较大（其中正弦波的幅值误差与设计要求差异大）。误差可能的原因有：1、由元器件的误差而引起的差异；2、外界的干扰引起的；3、可能是由于焊接工艺的问题。为了减少误差，

10、可以在电路的设计时选用精度更高的器件，并对电路做电磁屏蔽处理，以进一步改善电路的性能，减小电路的误差。 5.3、测试数据最高频率（HZ)最低频率(HZ)最高幅值(V)最低幅值(V)方波2.359117.912.212.2三角波1.471117.85.768.2正弦波1.038118.30.1740.036 6、设计总结 本学期的课程设计是制作简易函数信号发生器，包括设计电路、作出原理图和PCB图、焊接、调试等工作）。趣味性强，同时也可以学到很多东西。 我认为，在这学期的实践中，在收获知识的同时，还收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，

11、在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实践过程中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 电路板的调试虽然结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和许多课业的繁忙，并没有做到很好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。 对本学期课程设计的评价：趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老