模电课设_之函数信号发生器

1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书1设计内容与目标1.1设计内容本次实验的内容是制作一个函数信号发生器，通过调节能够产生正弦波，三角波，方波。1.2设计目标与要求（1）正弦波Upp3V，幅度连续可调，线性失真小。（2）三角波Upp5V，幅度连续可调，线性失真小。（3）方波Upp14V，幅度连续可调，线性失真小。（4）频率范围：三段：10100Hz，100 Hz1KHz，1 KHz10 KHz；（5）安装调试并完成符合学校要求的设计说明书2 设计方案及原理2.1方案选择方案一：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，再由积分电路将方

2、波变成三角波，再利用差分放大器传输特性的非线性将三角波变换成正弦波。本次设计采用方案一，即由集成运算放大器组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法。2.2 总方案原理框图方波振荡器比较器积分器三角波正弦波图 1 总体框图2.3 各组成部分的工作原理2.3.1正弦波发生电路的工作原理图2 RC正弦波振荡电路原理如下：如图2所示，正弦波产生电路由放大电路、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

3、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。2.3.2正弦波方波转换电路的工作原理图3正弦波方波转换电路原理如下：R1、D1、D2为输入保护电路，R1为限流电阻，防止R1过大时损坏运放器；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

4、管，完成输出电压双向限幅，使得输出电压幅度限制为±Dz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 4 输出方波2.3.3方波三角波转换电路的工作原理图5 积分器原理如下：如图5，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，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6所示图6方波三角波转换电路但在实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻R，用作直流反馈，目的是减少集成运算放大器输出端的直流漂移，所以这次试验我们用的方波转换成三角波的电路图如下图7 实际所用方波转换三角波电路图2.4电路参数的计算及选择

5、（1）对正弦波发生电路：振荡频率，10Hz<f0<10KHz,取C=1uF，则R取值为15.9至15.9K，R可取20K电位器。此次设计用100K电位器代替。起振幅值条件,即，R8取6k，仿真时实际取R4=3.3k稳幅部分采用常见的1N4001反向并联连接，输出端用1k电阻限流。（2）对正弦波方波转换电路：输入端保护限流电阻R3选择1K，限制电压输入幅度同样采用二极管1N4001反向并接，输出端限流电阻选用20K电位器，此次设计用100K电位器代替，Dz选用RD15稳压管反向串联，电压幅度限制在±Vz。（3）对方波-三角波转换电路：C3采用1uF，R10采用1K，=900

6、2.5 总原理图图8 总原理图3电路的仿真本次设计采用Multisim软件进行仿真，在Multisim中按照设计原理图画出仿真图后，查看输出曲线。3.1 正弦波发生电路的仿真图9 产生的正弦波3.2正弦波方波转换电路的仿真图10 产生的正弦波和方波曲线4.3 方波三角波转换电路的仿真图11 产生的方波和三角波曲线4 电路的安装与调试4.1正弦波发生电路的安装与调试（1）安装正弦波产生电路首先将运放芯片LM324插入通用电路板；再分别把各电阻、电容放入适当位置，电位器管脚不要接错；最后按设计原理图接线。（2）调试正弦波产生电路首先接入正负直流电源后，用示波器进行正弦波单踪观察；然后调节R11、R

7、12使正弦波的幅值及频率满足指标要求；根据示波器的显示，各指标达到要求后进行下一步安装。4.2正弦波方波转换电路的安装与调试（1）安装正弦波方波变换电路首先将LM324插入电路板；再分别把电阻放入适当位置；按图接线，注意直流源的正负及接地端。（2）调试正弦波方波变换电路首先接入正负直流电源后，用示波器进行正弦波方波双踪观察；然后调节波的幅值及频率满足指标要求；根据示波器的显示，指标符合要求后进行下一步安装。4.3方波三角波转换电路的安装与调试首先将LM324放入电路板，再分别把电容、电阻放入适当位置；按图接线，注意正负极。接入正负直流电源后，用示波器进行方波三角波双踪观察。4.4总电路的调试把

8、三部分的电路接好，进行整体测试、观察示波器波形。针对各部分出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求。（1）电路仿真时，最初用Proteus软件和Pspice软件进行，测试后发现，相同的参数在Multisim中能产生波形，在Proteus中却不能满足，但实物电路也验证了该参数下波形的产生，为取得最佳仿真效果，且Multisim的使用相对简单，因此此次设计仿真采用Multisim仿真。（2）实际电路中，各处波形不能很好地实现，可能是在焊接过程中将某处短路或断路而导致结果不能实现（4）实际电路中增加了几个开关，便于测量输出不同的波形。4.5实物电路板图图12 实物图5 元器件列表元器件如表4所示：

9、表4 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3个900欧电阻1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6 心得体会本次课程设计，使我对模拟电子技术这门课程有了更深入的理解。模拟电子技术是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实践。一个人的力量是有限的，要想把课程设计做的更好，就要学会参考一定的资料，吸取别人的经验，让自己和别人的思想有机的结合起来，得出属于你自己的灵感。在本课程设计中，我明白了理论与实际应用相结合的重要性，并提高了

10、自己设计电路以及连接电路图的能力，也让我学会了Mutisim和Pspice等仿真软件的使用。培养了基本的、良好的电路设计技能以及合作能力。这次课程设计同样提高了我的综合运用所学知识的能力。通过这段时间的课程设计，我认识到模拟电子技术是一门比较难的课程。需要多花时间上机练习。这次的程序训练培养了我实际分析问题、解决问题和动手能力，使我掌握了设计电路的基本技能，提高了我适应实际，实践的能力。课程设计这样集体的任务光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的，合作的原则就是要利益均沾，责任公担。如果让任务交给一个人，那样既增加了他的压力，也增大了完成任务的风险，降低了工作的效率。所以在集体工作中，团结

11、是必备因素，要团结就是要让我们在合作的过程中：真诚，自然，微笑；说礼貌用语；不斤斤计较；多讨论，少争论，会谅解对方；对他人主动打招呼；会征求同学的意见，会关心同学，会主动认错，找出共同点；会接受帮助，信守诺言，尊重别人，保持自己的特色。这次的课程设计我对于专业课的学习有了更加深刻的认识，以为现在学的知识用不上就加以怠慢，等到想用的时候却发现自己的学习原来是那么的不扎实。以后努力学好每门专业课，让自己拥有更多的知识，才能解决更多的问题！ 课程设计结束了，但我们一起奋斗的精神和这份宝贵的经历将会成为人生道路上一道亮丽的风景线7.参考文献1吴友宇主编 模拟电子技术基础 清华大学出版社2谢自美.电子线路设计·实验·测试.第三版.武汉：华中科技大学出版社，2006.83 谢