课程设计信号发生器.docx

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课程设计信号发生器

内容摘要

在模拟和数字电路系统中，常常需要各种波形的信号。

特别是正弦波，方波三角波等基础波形，来作为测试信号，控制信号或信号源等。

为此我们需要能产生标准的，失真度小的信号发生器。

本课题设计的函数信号发生器能产生正弦波，方波，三角波三种波形信号，以用于不同的功能电路。

且产生的波形标准（失真度小于2%）。

该信号发生器产生的信号在频率20Hz～20kHz连续可调，正弦波幅值在0～5V可调，方波幅值在0～12V可调，三角波幅值在0～5V可调。

我们在能达到要求的条件下采用简单方便的方案，电路的结构简单性能稳定，节省元器件经费，符合实际。

关键字：

正弦波方波三角波频率幅值

目录

一、概述………………………………………………………………………1

二、方案设计与论证………………………………………………………………1

1．方案一……………………………………………………………………1

2.方案二……………………………………………………………………1三、单元电路设计与分析………………………………………………………2

1.正弦波产生电路………………………………………………………………2

2.方波产生电路…………………………………………………………………3

3.三角波产生电路………………………………………………………………3

4.调幅电路………………………………………………………………………5

四、总原理图及元器件清单………………………………………………………6

五、结论……………………………………………………………………………7

六、心得体会………………………………………………………………………7

七、参考文献………………………………………………………………………7

一、概述

我们设计的信号发生器是由正弦波产生电路开始的，采用的是RC低频桥式正弦振荡电路（文氏桥振荡电路）。

他适用于产生低于1MHz的低频正弦振荡信号，振幅和频率稳定，而且频率调节方便。

然后是方波产生电路，即让正弦信号通过过零比较器，就能产生良好的方波。

而后是三角波产生电路，采用的RC积分电路。

使方波通过积分电路，产生三角波。

最后是调幅电路，有串联分压电阻和运放组成，以达到各种波形对幅值的要求。

达到频率要求是由正弦电路的RC选频网络决定，f=1/2*3.14*R*C。

鉴于所要求的频率跨度较大，选频网络采用三组不同容值的电容和同轴电位器构成来调节频率。

二、方案设计与论证

根据实验任务的要求，对信号产生部分可采用多种方案：

如模拟电路实现方案，数字电路实现方案，模数结合实现方案等。

鉴于波形信号的产生和模拟联系紧密，我们用模拟电路实现方案。

模拟电路的实现方案就是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。

就此方案，也有几种电路方式。

（1）方案一

用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经积分电路产生三角波，电路框图如上。

此电路结构简单，且有良好的正弦波和方波信号。

但经过积分器电路产生同步的三角波信号，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。

若要保持三角波的输出幅度不变，须同时改变积分时间常数的大小。

（2）方案二

由三角波，方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号换成正弦波信号，电路框图如上。

这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。

而正弦波信号的质量，与函数转换电路的形式有关。

方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，关于三角波的缺陷，我们可以在积分电路添加可变电阻和可调电容来调节其时间参数。

而方案二，关于产生正弦波的转换电路相对比较复杂，波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。

综上所述，我们选择方案一。

三、单元电路设计与分析

（一）正弦波产生电路

在我们选的方案中，正弦波电路是最重要的部分，正弦波不仅是所需输出信号，而且是后面电路的输入信号。

此部分电路我们采用的是典型的RC桥氏正弦波振荡电路如下图。

其中R1、R2、R8及二极管D1、D2构成负反馈网络和稳幅环节。

调节Rw可改变负反馈的反馈系数，从而调整放大电路的电压增益，使之满足振荡的复制条件；二极管D1、D2为自动稳幅元件，其作用是：

当u0幅值很小时。

二极管D1、D2相当于开路，此时由D1、D2和R组成的并联支路等效电阻较大，设R2、R8和D1、D2、R3并联支路总的等效电阻为Rf，则Rf也较大，所以Auf=﹙1+Rf／R1﹚﹥3，有利于起振；反之当u0幅值较大时，D1、D2导通，并联支路的等效电阻下降，Rf也下降，所以Auf随之下降，如果此时Auf≈3，则u0幅值趋于稳定。

另外，采用两只二极管反向并联，目的是使输出电压在正负两个半周期内轮流工作，使正半周和负半周振幅相等，这两只管子特性应相同。

而RC串、并联电路构成选频网络，同时兼做反馈环节，连接于集成运放的输出端和同相输入端之间构成正反馈，以产生正弦自激振荡。

鉴于设计要求频率20Hz～20kHz跨度较大，我们采用双层波段开关两组三支容值相差十倍的电容和两支同轴电位器来调节。

选用不同的电容作为振荡频率f0的粗调，用同轴电位器实现f0的微调。

每一值电容和电位器组合都可以调节一范围的频率，而这三范围有交叉，故实现频率为连续可调。

运算放大器为LM324。

图3正弦波电路图

（二）方波产生电路

方波产生电路较简单，主要由比较器LM329的反向输入端接地构成过零比较器，电路图如下。

同向输入端接正弦波的输出端。

随着正弦波在正负半周振动，方波输出端输出幅值恒定的与正弦波同向的方波。

图4方波电路图

（三）三角波产生电路

该电路由运放LM324，可变电容，定值电阻和可变电阻构成，电路图如下。

将方波的输出端接该电路的输入端，让积分电路对方波积分，产生三角波。

为了缓解方案一所提三角波的缺陷，我们将决定积分常数的电容和电阻设为可变，以便调节。

而和可变电容并联的电阻起负反馈限幅作用。

（时间常数t=1／RC）

图5三角波电路图

（四）调幅电路

为了实现对信号输出幅度的要求，我们在最后添加了此电路。

它由运放LM324的放大电路，串联分压电路，和一个多路开关等构成，电路图如下。

根据实验仿真，发现方波过LM324出现失真，且方波仅过分压电路就能实现要求，故方波由分压电阻处输出，正弦波和三角波经运放LM324输出。

图6调幅电路图

说明：

方波：

V01=Vi×R3／（R3+R4）

正弦、三角波：

V02=Vi×（1+R2／R1）

四、总原理图及元器件清单

信号发生器总原理图

图7

元件清单

元件序号

QuantityDescriptionReference_ID

===================================================================================

2CAPACITOR,3.0nFC1、C2

2CAPACITOR,30nFC3、C4

2CAPACITOR,300nFC5、C6

1VARIABLE_CAP0～2.0uFCx

1RESISTOR,5.1kohmR1

1RESISTOR,9.1kohmR2

1RESISTOR,9.1kohmR3

2RESISTOR,10kohmR6、R17

1RESISTOR,1.0kohmR7

1RESISTOR,20kohmR8

2RESISTOR,2.0kohmR10、R12

2RESISTOR,2.2kohmR5、R15

2POTENTIOMETER,0～28kohmR4、R9

1POTENTIOMETER,0～5.0kohmRw

1POTENTIOMETER,0～20kohmR11、R12、R16

3LM324U1A、U1B、U3A

1LM339U2A

6SWICTH_SPSTJ1、J2、J3、J4、J5、J6

1SUPPLEMENTARY_4POS_ROTARYS1

五、结论

该电路能长生较好的正弦波和方波，三角波在调节的情况下也能得到不错的波形。

此电路基本上可以满足一般实验对信号的要求。

但如果用于实际，部分器件应根据实际加以改进。

六、心得体会

经过两周的课设，由于是第一次，过程有点曲折，有点累，但最后能得到理想的结果，心里感到特别高兴。

因为是课程设计，需要制定一个最合理的方案。

这就锻炼了我们理论分析、比较，联系实际情况的能力。

由于需要个方面的材料和数据，我们需要运用各种手段去查找资料，这整张了我们自学的能力。

在电路的生成和调试过程中，我们遇到了各种问题，通过对种种问题的解决，我们在工程实际的层次上更进一步理解理论知识。

我们不仅更好地理解所学理论知识，更重要的是把知识从书中提炼出来运用到生活，只是一种飞跃。

在课设过程中感受到团队合作力量，还有就是两位指导老师，他们尽心尽责给了我们和大的帮助，非常感谢。

七、参考文献

[1]崔瑞雪、张增良.电子技术动手实践[M].北京航空航天大学大学出版社

[2]童诗白、华成英.模拟电子技术基础（第三版）[M].高等教育出版社

[3]何元清.电子产品设计[M].北京大学出版社

[4]康光华.电子技术基础模拟部分[M]（第四版）

教师评语及设计成绩

评语

课程设计成绩：

指导教师：

日期：

年月日