函数发生器课程设计报告.docx
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函数发生器课程设计报告
2016级电子信息工程
电子技术课程设计报告
设计题目
函数发生器
姓名及
学号
学院
物理与电子信息工程学院
专业
电子信息工程
班级
2016级2班
指导教师
2018年11月30日
题目:
函数发生器的设计
一、函数发生器的设计及要求
1、设计题目
利用运放和分立元器件设计一函数信号发生器,能输出正弦波、三角波、方波。
2、设计要求
(1)基本要求
①输出频率:
f=1KHz±10Hz;
②输出幅度:
正弦波VP-P≥0~14V;三角波VP-P≥0~7V;方波VP-P≥0~14V;
③输出阻抗:
Ro≤100Ω;
④输出:
正弦波失真度D≤5%;
三角波非线性r≤5%;
方波上升时间tr≤10us;
⑤稳定度:
时间30分钟,频率漂移≤5%。
(2)发挥部分
①用三端稳压器自制电源;
②增加频率显示功能;
③进一步提高指标精度。
指导教师签名:
2018年月日
二、指导教师评语
指导教师签名:
2018年月日
三、成绩
理论(60%):
分,作品(40%):
分,总分:
分。
验收盖章:
2018年月日
目录
摘要1
1设计任务及方案论证2
2电路设计原理与实验电路2
2.1设计任务及要求2
2.2函数发生器的特点及应用2
2.3设计方案3
2.4单元模块3
2.4.1正弦波发生模块3
2.4.2方波发生模块4
2.4.3三角波发生模块5
2.4.4三端集成稳压电路(发挥部分)5
3电路板的制作及电路焊接与调试6
3.1电路板的制作6
3.2电路板的安装6
3.3电路的调试6
4结论7
5心得体会7
6参考文献7
7鸣谢7
8附录8
8.1元器件清单8
8.2原理图和PCB图9
8.3作品照片13
摘要
函数发生器在实际应用中很广泛,函数发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。
函数发生器所产生的信号在电路中常用来代替前端电路的实际信号,为后端电路提供一个理想信号。
由于信号源信号的特征参数均可人为设定,所以可以方便地模拟各种情况下不同特性的信号,对于产品研发和电路实验特别有用。
本课题采用由集成运算放大器组成的正弦波—方波—三角波信号发生器的设计方法,发挥部分自制三端集成稳压电源,采用w78系列与w79系列组成双输出电源。
后续根据仿真图画PCB电路图,焊接、调试后达到理论设计要求。
关键字:
RC振荡电路比较电路积分电路稳压电源
1设计任务及方案论证
主要是应用集成运放LM324,其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的,通过RC文氏电桥可产生正弦波,其特点是振幅和频率稳定且方便调节能够产生频率很低的正弦信号;然后通过零比较器能调出方波,并再次通过RC积分电路就可以产生三角波,三种信号频率相同。
此电路具有良好的正弦波和方波信号,但经过积分器电路产生的同步三角波信号,存在难度。
原因是积分器电路的积分时间常数是不变的,而随着方波信号频率的改变,积分电路输出的三角波幅度同时改变。
2电路设计原理与实验电路
2.1设计任务及要求
利用运放和分立元器件设计一函数信号发生器,能输出正弦波、三角波、方波。
(1)基本要求
①输出频率:
f=1KHz±10Hz;
②输出幅度:
正弦波VP-P≥0~14V;三角波VP-P≥0~7V;方波VP-P≥0~14V;
③输出阻抗:
Ro≤100Ω;
④输出:
正弦波失真度D≤5%;
三角波非线性r≤5%;
方波上升时间tr≤10us;
⑤稳定度:
时间30分钟,频率漂移≤5%。
(2)发挥部分
①用三端稳压器自制电源;
②增加频率显示功能;
③进一步提高指标精度。
2.2函数发生器的特点及应用
信号发生器在实际应用中很广泛,信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。
按信号波形可分为正弦信号、函数(波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。
信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
能够产生多种波形的信号发生器,如产生三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的信号发生器称为函数信号发生器。
信号发生器也称信号源,是用来产生振荡信号的一种仪器,为使用者提供需要的稳定、可信的参考信号,并且信号的特征参数完全可控。
所谓可控信号特征,主要是指输出信号的频率、幅度、波形、占空比、调制形式等参数都可以人为地控制设定。
随着科技的发展,实际应用到的信号形式越来越多,越来越复杂,频率也越来越高,所以信号发生器的种类也越来越多,同时信号发生器的电路结构形式也不断向着智能化、软件化、可编程化发展。
稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的电子装置,直流稳压电源的供电电源大都是交流电源,当交流供电电源的电压或负载电阻变化时,稳压器的直流输出电压都会保持稳定。
直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展,对电子设备的供电电源提出了高的要求。
2.3设计方案
1.方案一
用RC正弦波发生器组成正弦波发生电路产生正弦波,比较器输出的正弦波经迟滞比较器得到方波,方波到三角波的变换电路用积分电路来实现,根据公式
,在RC振荡电路用双联电位器来控制两个电位器改变频率,能达到设计要求中对频率调节的要求,将三个波形输出端由一个拨码开关控制,通过拨动开关选择不同波形,并通过改变和拨码开关相连的电位器阻值,能达到对输出波形电压调节的目的,这样做起来就更容易达到设计要求,故而采用了本方案。
2.方案二
由三角波、方波发生器产生三角波和方波,然后通过函数转换电路将三角
波信号转换成正弦波信号。
3.方案三
由比较器和积分器组成方波和三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波由低通滤波器来实现。
2.4单元模块
2.4.1正弦波发生模块
如图2.4.1电路所示,负反馈元件选用的是一个可调电位器和固定阻值电阻,如要使电路起振应满足条件:
,
过小,电路可能停振,调节
使其略大于
输出波形较好,当
调节的越大,输出电压幅度变大,但输出波形越来越失真,当
时,此时振荡将会产生严重的失真,所以为了输出电压波形不产生严重的失真,也容易起振,要求设计的时候
必须满足
这个关系式,在实物设计中我们采用20K的电位器来代替
,达到调节输出电压波形和幅度的效果。
振荡频率的计算,RC串并联正弦波振荡器其频率计算公式为
两个电容和电阻在调整时应该同时改变,否则不能产生波形,在设计中采用固定电容0.01uf,改变电阻(0-500k)的方法来调节频率,由式可知,f与串并联的电阻R成反比,R越大,f越小,R越小,f越大。
图2.4.1RC振荡电路
2.4.2方波发生模块
设计电路采用迟滞比较器实现正弦波到方波的转换,电路如图3.4.2所示。
顾名思义,迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。
在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络,就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。
由于正反馈作用,这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。
它的灵敏度低一些,但抗干扰能力却大大提高了。
图2.4.2比较电路
2.4.3三角波发生模块
设计电路采用反向积分电路实现方波到三角波的转换,电路如图2.4.3所示。
积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。
利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。
其主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。
图2.4.3积分电路
2.4.4三端集成稳压电路(发挥部分)
通过LM7812CT、LM7912CT、整流桥构成三端集成稳压如图2.4.4所示,将变压器输入的双15V交流电变为正负12V的直流电压。
图2.4.4三端集成稳压电路
3电路板的制作及电路焊接与调试
3.1电路板的制作
对于电子专业的学生来说,制作PCB板是必须掌握的一门基本功。
所以我们在制作课程设计的电路板之前也进行了关于制作PCB板的专业实训。
由于新工艺工序复杂,且较难掌握,故我们的专业实训与课程设计的PCB板制作,均采用老工艺制作。
即打孔、对孔、贴纸、腐蚀。
在腐蚀之前,一定要仔细检查电路是否有断线或者未贴合好的地方,如果有断线的地方,一定要用马克笔将其涂好。
腐蚀完成后用砂纸擦去PCB板表面的碳。
然后涂上松香与酒精的混合物以防电路氧化。
3.2电路板的安装
在PCB板制作完成后,首先用万用表测试电路是否连通及是否短路。
测试无误后,将元器件焊上。
焊接时按照先高后低的原则。
焊接完成后依旧用万用表测试电路是否连通、是否短路。
测试无误后,即可开始通电调试。
3.3电路的调试
通电调试时一定要注意安全。
本次设计采用双15v变压器进行供电,首先需要注意不要将地与电源接错。
在通电三到五秒后,迅速将电源断开,然后检查稳压器、整流桥、极性电容是否发烫,如果温度过高,则表示电路有误。
如果是稳压器温度过高,则要检查电路是否短路,电源有无接反、稳压器引脚是否连接正确。
如果是整流桥温度过高,首先检查整流桥是否与稳压器接反。
然后再排查其它原因。
如果是极性电容温度过高则可能是电容的正负极接错了。
排除错误后依旧先通电三至五秒后断电。
然后再次检查稳压器、整流桥、极性电容是否发烫,如果不再发烫。
则用万用表测试电源输出电压、集成块工作电压是否正确。
使用万用表时要注意表笔、量程不要选择错误。
电压正确后再使用示波器测试输出波形。
如果输出点无波形,则依次往前各级输出依次测试是否有波形,一级一级依次检查。
第一次调试电路,我们遇到了各种问题及错误,电源短路、网络未连接完全、元器件接错、焊接不规范等。
在以后的电路调试过程中,一定要吸收以前的经验。
保证电路的正确性。
4结论
课程设计的目的在于培养学生理论联系实际的能力、动手能力以及设计能力。
能综合运用之前所学的基础知识,也能激发学生的学习兴趣。
在理论联系实际的过程中,我们还是有很多没有涉及到的方面,例如集成块的选择、电源的设计,电路的美观、电路的合理性。
在我们设计的过程中,特别感谢多位老师对我们的指导,让我们认识到了自己知识的欠缺,也及时的为我们解决了设计过程中的难题。
5心得体会
在本次课程设计中,我们遇到了很多问题。
从开始学习理论知识到实践做出实际作品,我们在老师的指导下学到了很多知识,更加学习到了一些技术。
最开始我们连基本电路原理图都不能画的完全准确,在仔细学习了《模拟电子基础》相关知识之后,完成了电路原理图的绘制。
在老师的指导下我们学会使用Multisim软件进行仿真,通过对仿真的学习,我们不断调整电路,不断优化电路中各元件的相关参数。
在老师的帮助下我们顺利完成了PCB板的制作。
通过本次课程设计,我们深切认识到了理论知识的重要性,也深切感受到了实践的重要性。
本次课程设计使我们熟悉掌握了函数发生器的相关知识,能熟练运用Protel99软件完成电路原理图和PCB图的绘制,学习到了如何使用Multisim软件对电路中的重要参数进行测量与调试,进一步提升了焊接技术。
6参考文献
康华光《电子技术基础模拟部分(第五版)》高等教育出版社2005年
7鸣谢
8附录
8.1元器件清单
PartType
Designator
Footprint
1N4148
D3
DIODE0.4
1N4148
D4
DIODE0.4
1N4148
D2
DIODE0.4
1N4148
D1
DIODE0.4
2POT
R1
B50K
4.7k
R12
AXIAL0.3
6.2k
R11
AXIAL0.3
10k
R2
AXIAL0.3
10k
R8
AXIAL0.3
10k
R4
AXIAL0.3
10k
R9
AXIAL0.3
10k
R7
AXIAL0.3
10k
R3
AXIAL0.3
10nf
C1
RAD0.1
10nf
C2
RAD0.1
47nf
C9
RAD0.1
100
R10
AXIAL0.3
100k
R13
AXIAL0.3
100nf
C3
RAD0.1
100nf
C6
RAD0.1
100nf
C5
RAD0.1
100uf
C12
RB.2/.4
100uf
C11
RB.2/.4
1000uf
C7
RB.3/.6
1000uf
C8
RB.3/.6
BRIDGE
D5
BRIDGE
CON2
J2
SIP2
CON3
J1
SIP3-BIG
LM7812CT
U4
TO-220
LM7912CT
U5
TO-220
POT2
R6
SIP3-BIG
POT2
R5
SIP3-BIG
SWDIP-3
S1
BOMA
TL084
U1
DIP14
8.2原理图和PCB图
(一)原理图如图8.1.1,PCB如图8.1.2。
图8.1.1电路原理图
图8.1.2PCB图
(二)仿真图与作品测试图
(1)仿真测量正弦波波形如图8.2.1,实际测量正弦波波形如图8.2.2。
图8.2.1仿真测量正弦波波形图
图8.2.2实际测量正弦波波形
(2)仿真测量方波波形如图8.2.3,实际测量方波波形如图8.2.4。
图8.2.3仿真测量方波波形
图8.2.4实际测量方波波形
(3)仿真测量三角波波形如图8.2.5,实际测量三角波波形如图8.2.6。
图8.2.5仿真测量三角波波形
图8.2.6实际测量三角波波形
8.3作品照片
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