分立函数信号发生器小论文

1、函数信号发生器设计函数信号发生器设计班班 级：级：09 电子一班电子一班姓姓 名：名： 沈沈 伟伟 南通纺织职业技术学院1目目 录录第一章第一章 概述概述 .21.1 函数信号发生器原理函数信号发生器原理.21.2 信号发生器种类信号发生器种类.3第二章第二章 方案选择方案选择 .4第三章第三章 功能电路模块设计功能电路模块设计 .53.1 正弦波产生电路的设计正弦波产生电路的设计.53.2 方波产生电路设计方波产生电路设计.63.3 三角波产生电路设计三角波产生电路设计.73.4 输出电路设计输出电路设计.83.5 直流稳压电源的设计直流稳压电源的设计.9第四章第四章 PCB 板设计板设计

2、.104.1PCB 板概述板概述.104.2 热转印法制作热转印法制作 PCB.104.3PCB 图绘制图绘制.10第五章第五章 调试调试 PCB 板及体会板及体会 .125.1 焊接焊接 PCB 板板.125.2 调试调试 PCB 板板.125.3 体会体会.12南通纺织职业技术学院2第一章第一章 概述概述1.1 函数信号发生器原理。函数信号发生器原理。1.任务目标任务目标（1）根据电子产品的设计流程，完成函数信号发生器方框图的设计、各个功能单元的设计，以及整个电路原理图的设计，并能够进行基本的分析和计算，以达到设计指标的要求。（2）能够综合考虑选取电子元器件。 2.技术指标技术指标（1）正

3、弦波信号源 输出频率范围：200Hz50KHz，分两波段连续可调； 输出电压范围：（010）Vp-p。（2）方波信号源输出频率范围：200Hz50KHz，分两波段连续可调； 输出电压范围：（010）Vp-p。（3）三角波信号源输出频率范围：250Hz33KHz，分两波段连续可调； 输出电压范围：（010）Vp-p。 3.工作原理工作原理 本设计利用 LM324 运放产生正弦波、方波、三角波，分两个波段可调。电源部分采用 AC220V，经整流滤波产生 DC12V，给电路供电。产生的波形通过三路选择开关进行选择，然后通过运放 LM358（15MHz）组成的电压跟随器进行输出，调节运放前的电位器可以

4、实现信号幅度的调节。原理框图见图 1.1。南通纺织职业技术学院3图 1.1 函数信号发生器原理框图1.2 信号发生器种类信号发生器种类1.正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等按其不同性能和用途还可细分为低频(20 赫至 10 兆赫)信号发生器、高频(100 千赫至 300 兆赫)信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。2.函数(波形)信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等)信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域

5、。3.脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。4.随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能;外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数;用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。南通纺织职业技术学院4第二章第二章 方案选择方案选择函数信号发生器的设计有多种实现方式，一可以采取 DSP 技术进行编程，实现高精度信号发生器的功能。二可以采用 51

6、 系列单片机编程实现波形输出，并进行调节的功能。三是采用分立元件及运放电路实现波形输出选择及幅度的调节。综合上述方法，以第三种方法实现的难度最小，易控制。对于我们的实训而言，起到了相当大的作用，并进一步掌握了 PCB 的设计方法。图 2.1 是利用单片机实现函数信号发生器功能的原理框图，该方法对硬件要求不高，重在软件的编程上，实现波形的输出及频率的显示。AT89C51 单片机 接口 电路 D/A 转换器 滤波 输出图 2.1 单片机实现原理框图结合上述，在本设计中我们选择用分立元件实现函数信号发生器的相关功能，简单易行。在元器件的采购方面也较易实现，选用市场上常见的 LM324和 LM358，

7、以及相关的阻容元件。南通纺织职业技术学院5第三章第三章 功能电路模块设计功能电路模块设计3.1 正弦波产生电路的设计正弦波产生电路的设计正弦波产生电路由 RC 桥式正弦波振荡器构成，其电路结构简单，性能可靠，用来产生几十 KHz 以下的低频正弦信号。图 3.1 RC 桥式正弦振荡器在图 3.1 中，RC 电路串、并联为正反馈与选频网络，Rf、R1 组成稳幅电路。在设计时，应使 Au 略大于 3，即 Rf/R1 略大于 2。若 Au 远大于 3 时，因振幅的增长使放大器工作到非线性区域，波形将产生严重的非线性失真；若 Au小于 3 时，则不起振。电路设计选频网络的选择：在本设计中，要求输出频率为

8、 200Hz50KHz，分两波段连续可调。一般情况下，采用波段开关切换电容的方式实现频段的粗调，在每一频段内用双联电位器完成本波段内频率的细调。这里用波段开关 S1、S2 对选频网络中的电容 C1、C3（2200Pf）和 C2、C4（0.022uF）进行切换实现频率粗调。用双联电位器 W1、W2 实现频率的微调。图 3.2 是正弦波实际应用电路原理图。南通纺织职业技术学院6图 3.2 正弦波实际应用电路原理图3.2 方波产生电路设计方波产生电路设计方波产生的方法有很多种，最简单的方法使采用过零比较器。将正弦波产生电路输出的正弦波经过零比较器即可得到同频的方波。过零比较器的工作原理是：将输入电压

9、 ui 与 0 比较，当 ui0 时，运放处于负饱和态，输出电压为低电平；当 ui0 时，运放处于正饱和态，输出电压为高电平。由于当 ui=0 时输出电压发生翻转，称“过零比较器” 。图 3.3 为方波产生电路。图 3.3 方波产生电路南通纺织职业技术学院7当输出低电平时，若无稳压管 VD3、VD4，则 Uol 等于负电源电压（-12V） ；同理输出的高电平 Uoh 等于正电源电压（+12V） 。由于加入两个 4.3V稳压管，则总有一个稳压管处于稳压，另一个处于导通状态，是方波输出电压范围是-5Vp-p-+5Vp-p。3.3 三角波产生电路设计三角波产生电路设计三角波产生电路的基本结构如图 3

10、.4 所示。集成运放 U1 及周围 R1R4、VDz 构成电压比较器，集成运放 U2 及周围元件 R、C、R5 构成积分器。图 3.4 三角波基本结构图集成运放 U2 及其周围元件 R、C、R5 构成积分器，输出三角波，输出电压为：dtuu010RC1 三角波的频率为： 214RCRRf 南通纺织职业技术学院8三角波的幅度为：ZURRU)/(210三角波实际应用电路原理图如图 3.5 所示，输出频率范围：250Hz33KHz，分两波段可调，输出电压范围是（0-10）Vp-p。图 3.5 三角波实际应用电路原理图3.4 输出电路设计输出电路设计输出电路采用 LM358（15MHz）组成的电压跟随

11、器，调节 W4 可以改变信号幅度。图 3.6 所示为输出电路原理图。图 3.6 输出电路原理图南通纺织职业技术学院93.5 直流稳压电源的设计直流稳压电源的设计直流稳压电源用于给集成运放供电，由于集成运放在工作时的电压为12V，所以选用三端稳压块的型号为 LM7812 和 LM7912。根据经验值，LM7812 的输入电压应为（15-20V）左右为宜，LM7912 的输入电压应为（-20-15V）为宜，所以选用双 15V 输出的变压器。整流管用 1N4007 即可满足要求。设计的电路图如图 3.7 所示。图 3.7 直流稳压电源南通纺织职业技术学院10第四章第四章 PCB 板设计板设计4.1P

12、CB 板概述板概述1.概念：中文名称为印制电路板，有称印制板，是电子产品的重要部件之一。几乎每种电子设备，只要存在电子元器件，它们之间的电气连接就要使用印制板。在大型电子产品研制过程中，影响电子产品成功的最基本因素之一就是该电路板得设计和制造。印制板的设计和制造质量直接影响到整个电子产品的质量和成本，甚至影响到电子产品在市场中的竞争力。2.PCB 分类：按基材的性质可分为刚性印制板和挠性印制板两大类，按布线层次可分为单面板、多面板和多层板三类。3.PCB 功能：（1）提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；（2）实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘；（3）提供所要

13、求的电气特性，如特性阻抗等；（4）为自动焊接提供阻焊图形，为元件插装，检查维修提供识别字符和图形。4.2 热转印法制作热转印法制作 PCB热转印法利用激光打印机先将图形打印到热转印纸纸上，再通过热转印机将图形“转印”到覆铜板上，形成由墨粉组成的抗腐蚀图形，再经三氯化铁溶液腐蚀后即可获得所需印制板图形。其基本操作步骤为绘图，打印，转印，腐蚀、清洗、钻孔。4.3PCB 图绘制图绘制根据原理图生成 PCB 图，利用自动布线和手动布线方式相结合的方法，做成单面板，图 4.1 所示为 PCB 图。南通纺织职业技术学院11图 4.1 PCB 图注意事项：1.开关的封装选择； 2.电位器的封装选择； 3.元器件布局、布线的合理性； 4.焊盘加粗、铜箔加粗。南通纺织职业技术学院12第五章第五章 调试调试 PCB 板及体会板及体会5.1 焊接焊接 PCB 板板1.元器件准备工作。2.热转印法：（1）绘图；（2）打印；（3）转印；（4）腐蚀、清洗、钻孔。3.进行焊接，掌握电烙铁的基本使用方法。5.2 调试调试 PCB 板板使 PCB