函数信号发生器.docx

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函数信号发生器

电子课程设计报告

题目：

函数信号发生器的设计

课程：

电子课程设计

系别：

三系

班级：

13通信

（2）班

学号：

20130306221

姓名：

刘亮

成绩：

指导教师：

陆超

完成日期：

2014-2015学年1学期

函数信号发生器基本原理

[摘要]：

函数信号发生器是能产生多种波形的信号发生器。

如产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、阶梯波和调频、调幅等调制波形。

一般至少要求产生三角波、方波和正弦波。

方波与三角波发生器由集成运放电路构成，包括比较器与RC积分器组成。

方波发生器的基本电路由带正反馈的比较器及RC组成的负反馈构成；三角波主要由积分电路产生。

三角波转换为正弦波，则是通过差分电路实现。

该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度大小由稳压管的稳压值决定，方波经积分得到三角波；而正弦波发生电路中两个电位器实现正弦波幅度与电路的对称性调节，实现较理想的正弦波输出波形。

关键词：

函数信号发生器，方波，三角波，正弦波

Thebasicprincipleoffunctionsignalgenerator

AbstractFunctionsignalgeneratorcanproducevariouswaveformsignalgenerator.Suchassinewave,trianglewave,squarewave,sawtoothwaveandstepwaveandfrequencymodulationandamplitudemodulationwaveform.Generallyrequireatleastproducetrianglewave,squarewaveandsinewave.

Squarewaveandtriangularwavegeneratoriscomposedofintegratedoperationalamplifiercircuit,includingthecomparatorandRCintegrator.ThebasiccircuitofsquarewavegeneratorbycomparatorwithpositivefeedbackandnegativefeedbackoftheRC;Trianglewavemainlyproducedbytheintegralcircuit.Trianglewaveisconvertedtoasinewave,bydifferentialcircuitimplementation.Easytoadjusttheoscillationfrequencyandamplitude,sizeoftheoutputpulseamplitudeisdeterminedbythevoltagevalueofthevoltageregulatortube,squarewavebyintegralfromtrianglewave;Thesinewavegeneratingcircuit,twopotentiometerinthesinewaveamplitudeandthesymmetryofthecircuittoadjust,achieveidealsinewaveoutputwaveform.

Keywords:

functionsignalgenerator,squarewave,trianglewave,sinewave.

目录

第一章函数发生器总方案及原理框图5

1.1电路设计原理框图5

1.2电路设计方案设计5

第二章设计的目的及任务6

2.1课程设计的目的6

2.2课程设计任务6

2.3课程设计的要求及技术指标6

2.4课程设计时间安排6

第三章各部分电路设计7

3.1方波发生电路工作原理7

3.2方波---三角波转换电路的工作原理7

3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理7

3.4电路的参数选择及计算8

3.5总电路图8

第四章电路的安装与调试9

4.1方波——三角波发生电路的安装与调试9

4.2三角波——正弦波转换电路的安装与调试9

4.3总电路的安装与调试9

4.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法10

第五章电路的实验结果11

5.1方波---三角波发生电路的实验结果11

5.2三角波---正弦波转换电路的实验结果12

5.3实测电路波形、误差分析及改进方法13

第六章实验总结14

第七章仪器仪表的明细清单15

第八章参考文献16

第一章函数发生器总方案及原理框图

1.1电路设计原理框图

图1-1

1.2电路设计方案设计

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（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。

为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

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，

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差分放大器来完成。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。

特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

第二章设计的目的及任务

2.1课程设计的目的

1．熟悉基本的电子元器件的基本作用

2．学会正确使用电烙铁，焊锡枪，在电路板上组装元器件

3．培养综合应用所学知识为以后实践做基础

4．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

2.2课程设计任务

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器

2.3课程设计的要求及技术指标

1．设计、组装、调试函数发生器；

2．输出波形：

正弦波、方波、三角波；

3．频率范围：

在10－10000Hz范围内可调；

4．输出电压：

方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ>1V；

2.4课程设计时间安排

周一

周二

周三

周四

周五

第17周

查找资料

设计电路，分析电路

焊接电路

第18周

调试电路

书写报告

第三章各部分电路设计

3.1方波发生电路的工作原理

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

RC回路即作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压Uo=+Uz，则同相输入端电位Up=+Ut。

Uo通过R3对电容C正向充电。

反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz，但是一旦Un=+Ut，再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz，与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。

随后，Uo又通过对电容C的反向充电。

Un随时间增长而降低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=Ut再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，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。

3.2方波---三角波转换电路的工作原理

在方波—三角波产生电路中，当滞回比较器的阈值电压值较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。

但是，一方面这个三角波的线形度较差，另一方面带负载后将使电路的性能产生变化。

实际上，只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压。

当方波发生电路达到输出电压Uo1=Uz时，积分运算电路的输出电压Uo将线性下降；而当Uo1=-Uz时，Uo将线性上升；控制电路中的R3的阻值就可以在Uo1和Uo处得到方波和三角波。

3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理

用差分放大器作三角波——正弦波的变换电路，利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。

特别是做直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调节电路的对称性，Re2用来减小差分放大器的线性区，C1，C2，C3为隔直电容，C4为滤波电容，滤除谐波分量，改善输出波形。

3.4电路的参数选择及计算

比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：

由于Uo2m={R2/（R3+RP1）}Vcc因此R2/（R3+RP1）=Uo2m/Vcc=1/3,取R3=10kΩ,则R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ, RP1为47kΩ的电位器。

取平 衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。

因为f=（R3+RP1）/{4R2（R3+RP1）C2},当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2为100kΩ电位器。

当 19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。

取平衡电阻R5=10kΩ。

三角波→正弦波变换电路的参数选择原则是：

隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=47μF,C4=C5=470μF，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1μF。

RE2=100Ω与RP4=100Ω，相并联，以减少差分放大器的线性区。

差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。

3.5总电路图

第四章电路的安装与调试

4.1方波——三角波发生电路的安装与调试

1.把两块104集成块插入面包板，注意布局；

2.分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；

3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。

4.接入电源后，用示波器进行双踪观察；

5.调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；

6.调节RP2，微调波形的频率；

7.观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装

4.2三角波——正弦波转换电路的安装与调试

1.在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；

2.搭生成直流源电路，注意R*的阻值选取；

3.接入各电容及电位器，注意C6的选取；

4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。

5.接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；

6.测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；

7.测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；

8.在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压；

4.3总电路的安装与调试

1.把两部分的电路接好，进行整体测试、观察

2.针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的波峰值大于1V。

4.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法

如果波形出现正弦波失真，则应调节和改善参数，采取的措施有；

1）钟形失真传输特性曲线的线性区太宽，应减小Re2。

2）半波圆定或平顶失真，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*.

3）非线性失真，三角波传输特性区线性度差引起的失真，主要是受到运放的影响。

可在输出端加滤波网络改善输出波形。

第五章电路的实验结果

5.1方波---三角波发生电路的实验结果

方波

三角波

5.2三角波---正弦波转换电路的实验结果

正弦波

5.3实测电路波形、误差分析及改进方法

在三角波——正弦波的电路转换过程中，出现失真，即出现近似于三角波的正弦信号，这是由于在差分放大电路中R9电阻过大导致的，将一个小于5k的电阻与之串联，即可得到第二张图片，得到失真程度较小的正弦信号。

第六章实验总结

在这两周的时间，我度过了一个充实又愉快的实习时光。

我初步了解了函数发生器的基本原理，并且亲自动手实践，学习了基础的电焊方法，充分提高了个人实践本领，扩展了个人认知视野。

为个人的未来发展奠定了基础。

刚开始的第一天，我们进行第一次焊接，那时个人的心情还是有点坎坷的，但焊接过后发现只要用心，那么还是可以做好的。

但焊接时也要注意焊接点之间要保持距离不能彼此不能连接。

同样电路组装时也要多注意电阻阻值的大小和电容的正负，切忌放错位置。

方能成功组装出电路。

在测试时我也成功测出方波，三角波。

但是在调节波形的时候也遇到了一些问题：

波形失真，经过多次测试依然不能出现波形，也许因为自己的焊接技术不好，在工艺上无形的改变了某些参数，对电路造成了许多的影响。

经过老师讲解才明白是电路原因。

我们通过并联一个电阻来解决失真，虽然无法完美，但仍出现改变。

此课程的设计，真的让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。

这能让我们很好的加深对不知道的理论知识的理解，也让我们深刻了解到了书本知识运用到实践的过程并不是一帆风顺的，还需要不断的实验与尝试。

看到自己还算良好的实验作品，我觉得这一周的实习真的难能可贵，我体会到了亲手制作的快乐，这种感觉真的很棒。

作为理工科学生，在以后的学习过程中，我觉得只有打好理论知识基础，加上后期的动手尝试，才能有能力做一个优秀的大学生。

第7章仪器仪表的明细清单

元器件规格数量

1．直流稳压电源          1

2．双踪示波器            1

3．万用表            1

4．运 放741            2

5．电位器50K       2 

         　　　　100K       1

    　　　　　　　　 100Ω     1

6．电 容470μF      2

47μF1

      　　　　　　　10μF      1

     　　　　　　　　1μF       1

7．三极管9013            4

8．面　包　板             1

9．剪　　　刀　　　　　　１

10．仪器探头线            2

11．电 源 线            4

12.电阻

第八章参考文献

[1]童诗白主编．模拟电子技术基础（第三版）．北京：

高教出版社，2001

[2]刘冰茹主编·现代电子技术实践课程指导·北京：

机械工业出版社·2003

[3]康华光.电子技术基础[M].第五版.北京:

高等教育出版社，2006.414-424

[4]稻叶保.振荡电路的设计与应用[M].北京：

科学出版社，2004.29-99

[5]王力欣，杨春玲.电子技术试验与课程设计[M].哈尔滨:

哈尔滨工业大学出版社，2003.98-99

[6]DavidA.JohnsKenMartin.模拟集成电路设计[M].北京：

机械工业出版社，2005.213-495