1、华北科技学院课程设计函数信号发生器的设计报告目 录一、设计要求 2二、设计作用和目的 3三、设计方案的具体实现 41）设计方案概述 .42）方案比较 .53）设计方案的实现 .5四、单元电路的设计与分析 61）方波三角波的设计及仿真 .6i 方波部分 .6ii三角波部分 .8iii方波 三角波转换 92）正弦波的设计及仿真 .11五、心得体会及建议 15六、附录 17七、参考文献 18华北科技学院课程设计一、 设计要求1. 利用集成运算放大器，设计一个正弦波方波三角波函数信号发生器。使得信号频率可调，发出信号不失真。2. 频率范围 100Hz1KHz。3. 输出电压：正弦波 Up-p6V，方波
2、 Up-p=12V，三角波 Up-p=12V。4. 总体设计画出电路原理框图。5. 单元电路设计。6. 利用仿真软件设计进行电路仿真，列出元件明细表。7. 撰写设计说明书。华北科技学院课程设计二、设计的作用和目的1.巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。3.通过电路方案的分析，论证和比较，设计计算和选取元器件；初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4.了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完
3、成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。5.学会运用 Mulitisim8 仿真软件对所做出的理论设计进行仿真测试，并能进一步完善设计。6.熟练掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。7.培养严肃，认真的工作作风和科学态度华北科技学院课程设计三、 设计方案的具体实现1) 设计方案概述函数信号发生器是一种常用的信号源，是是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源。通常所说的函数信号发生器指的是能自动产生正弦波三角波方波等的电路或者仪器。根据不同的需要有产生一种波形
4、的发生器，也有产生多种波形的发生器，所使用的期间可以是分立元件，也可以是专用集成电路。根据要求，产生正弦波、方波、三角波的方案有许多种，例如首先产生正弦波，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，再将三角波变成正弦波或方波，再或者先产生方波，再将方波变成正弦波等等。2) 方案比较方案一：以由分立元件运算放大器、电阻、电容、晶体管等器件组成电路，主要部件是运算放大器 LM741 组的滞回放大电路、积分电路和差分放大电路构成。分为三级单元电路组成，第一级单元电路利用滞回放大器产生方波，第二级为积分电路改成三角波，第三级电路用运算放大器改为正弦波。华北
5、科技学院课程设计图 1 由差分放大电路构成的函数信号发生器方案二：采用单片集成芯片来构成函数信号发生器，由于单片集成芯片的知识对于我们比较陌生，而且集成电路的芯片中各路元件已经设计好，不能实现我们本设计的目的，所以此方案不采用。方案三、运用集成放大器、电容、电阻等基本元件实现正弦波方波三角波的波形的产生，本课程设计采用先用滞回比较电路积分电路RC 振荡电路来实现函数信号发生器的设计。由于滞回比较电路、积分电路、RC 振荡电路等为我们本学期模拟电子课程所学习的内容，所以便于我们通过本设计来熟悉所学知识。3） 设计方案的实现本次课程设计函数信号发生器实现方案的特点是：首先是华北科技学院课程设计滞回
6、比较电路产生方波，再通过积分电路产生三角波，然后再通过 RC 桥式振荡电路产生正弦波。下面我们将分别对各个波形的发生进行分析，从而达到在合成电路时使电路更加合理，如图2。滞回比较电路积分电路 RC 桥式振荡电路方波 三角波 正弦波图 2 系统实现方案整体框图四、 单元电路的设计与分析1) 方波三角波发生电路的设计i. 方波部分由运放 LM324 为主构成的同相滞回比较电路产生方波信号的工作原理图如下图 3：电路中运用集成运算放大器 LM324，用稳压管 D1、D2 来实现对方波信号的幅值的稳定，经过用 Multisim 软件多次反复的实验确定 11.3V 的稳压幅值可以实现方波信号 Up-p
7、为 12V 左右，各个电阻阻值通过参数计算及查阅资料来确定。电位器 R8 的改变可以改变输出方波信号的频率值，电路的参数计算及器件选择后面写出。使用 Multisim10.1 仿真软件仿真出的波形图如下图 4华北科技学院课程设计所示，电压峰峰值 Up-p 为 12.4V。图 3 方波发生电路原理图图 4 方波仿真图华北科技学院课程设计ii. 三角波部分图 5 三角波发生电路原理图本课程设计要求输出频率为 100Hz1kHz， ，所以电容选择C1=100nF 以实现频段的转换，R4 以及 R7 阻值都不变，平衡电阻 R5 等于 10k。运放经过查阅资料及多次试验，选择3288RT，直流电源电源
8、。V12-E12CV，图 6 三角波仿真图华北科技学院课程设计iii. 方波三角波转换部分方波三角波转换的整体工作原理图如下图图 7 方波三角波转换电路原理图图 7 中由同相输入滞回比较器产生方波，有运算放大器LM324、电阻和稳压管组成。当同相端输入电压大于零时，运放输出幅值为+Uz 的高电平当同相端输入电压小于零时，运放输入幅值为-Uz 的低电平，故输出 Uo1 的幅值为Uz 的方波。右边的积分运算电路由电阻和电容组成。当方波输出 Uo1 输出高电平时，电容充电，运放输出电压负方向线性增加，并发亏到滞回比较器的同相输入端，控制其输出端的状态跳变；当 Uo1输出电压跳变到低电平是，电容放电，
9、运放输出电压正方向线性增加，并反馈回去，从而在三角波输出 Uo2 端得到周期性的频率与方波相同的三角波。参数计算和器件选择华北科技学院课程设计滞回比较器中运算放大器 LM324 同相输入端的电压 U+同时与 Uo1 和 Uo2 有关，根据叠加原理，可得： 2121OURRU根据叠加原理，集成运放 U1A同相输入端的电位 U+=U-=0，滞回比较器的输出发生跳变。2O阈值电压 。ZRT1由积分电路的运算可得： )0(2)01(402tUdtCU起始值为-U T，终了值为+U T，积分时间为 T/2。 此时 故得：dtZR)(14214RCT所以频率为： 1480CTf可以通过控制 R8 的阻值来
10、实现改变方波输出电压 Uo1 的频率。由 Multisim 软件仿真之后的仿真图如下图 8。华北科技学院课程设计图 8 方波三角波转换电路仿真图2) 正弦波发生电路由 RC 振荡器振荡产生正弦波信号的工作原理图如下图 10：正弦波振荡器是在只有直流供电、不加外加输入信号的条件下产生正弦波信号的电路，通常由放大电路、选频网络。正反馈网络、稳幅环节组成。根据选频电路回路的不同，正弦波振荡器可分为RC 正弦波振荡器。LC 正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中，RC 正弦波振荡器驻澳用于产生中低频正弦波，振荡频率一般小于 1MHz；如在电子琴中产生音频信号灯；LC 正弦波振荡器主要用于高频率震荡，如收音
11、机的本机震荡；而石英晶体震荡器主要应用华北科技学院课程设计图 9 正弦波发生电路原理图于对频率稳定度要求较高的场合，如产生时钟信号等。本次课程设计要求频率范围是 100Hz1kHz，所以采用 RC 正弦波振荡器来实现正弦波信号的简易输出。RC 正弦波振荡器的实验电路如上图图 9 所示。其中，由 R4、C1、R5、C2 组成的 RC 串、并联选频网络引入了正反馈，其谐振频率为： 215402CRf华北科技学院课程设计此时 RC 串、并联网络的增益为 。所以满足正弦振荡的幅值条31件，由运算放大器和 R3、R6、R1 组成同相比例放大器的增益：（起振时大于 3，稳定振荡时等于 3） 。3R1163
12、参数计算及器件选择正反馈通道是 RC 串、并联选频网络，震荡频率取决于选频网络的参数。在图中，因为 RC 串、并联网络在正弦波振荡电路中既为选频网络，又为正反馈网络，所以其输入电压为 ，输出电0U压为 。fU由图得到： CjRjo1/1fF整理可得： （1）-C3令 ，则 RC10Rf210代入（1）式，得出 fjF3幅频特性为 ： 20231f华北科技学院课程设计相频特性为 ： ff031arctn当 RC 桥式正弦波振荡电路要产生振荡必须满足相位平衡条件和幅度平衡条件 ，即需要电路的,.210,na1AF振荡频率为 RCf改变电阻 R6 的电阻阻值可以改变负反馈的深度，使电路产生稳定振荡、
13、停振和波形振荡是真的几种不同的输入信号。调节 R6的值为 37.5%可以得到 RC 振荡的起振波形，用 Multisim 仿真软件仿真得到的起振波形如下图 11 所示；下图 12 是用仿真软件仿真所得的正弦波振荡振荡中的波形。原电路为先选出电容为 F级的电容，本次课程设计选择 1F 的电容，电阻阻值通过查阅资料以及用仿真软件不断改变尝试所得。华北科技学院课程设计图 10 起振波形仿真华北科技学院课程设计图 11 正弦波振荡电路振荡中的仿真五、心得体会及建议通过本次课程设计，我巩固的本学期在模拟电子技术基础中所学习的对各种电路的简单应用，尤其是对于 RC 振荡电路、滞回比较电路、积分电路以及差分
14、放大电路在设计函数信号发生器过程中的应用。在课程设计的过程中，我学会了如何自己根据已知条件，把各个熟悉的元件应用到各个电路中。在此过程中，我需要不断地认真分析已知条件，以及老师所给的基本电路，在遇到不会的知识点时，需要积极地去图书馆查阅资料，从对各种资料的综合分析中提取出自己需要的信息，提高了自己的分析能力。在设计过程中，我还学会了如何熟练的使用 Multisim 仿真软件来模拟现实电路，对各个元件的查找等等。在本次课程设计的过程中，通过自己查阅资料，解决做课设华北科技学院课程设计过程中出现的各种问题，锻炼了我的独立分析能力，进行电路设计的能力，培养了自己对各个问题深入探索的能力以及自己钻研学
15、习的能力，通过设计论文的书写，锻炼了自己的语言表达能力以及对知识点的透彻了解。在设计以及仿真过程中遇到的很多自己解决不了问题，通过和同组同学查阅资料以及讨论，请老师指导等途径解决了，更加深了我对基础知识的理解，以及对本学期学习的专业知识的巩固，使得我能将理论学习与实际设计相结合起来。华北科技学院课程设计五、 附录元件明细表元件名称 数量 规格或型号运算放大器 3 个 LM324、3288RT200 电阻 1 个1k 电阻 2 个3k 电阻 1 个10k 电阻 6 个50k 变位器 2 个100k 变位器 1 个稳压管 2 个 11.3V二极管 1BH62 2 个 1BH62电容 10 2 个 1F、100nF华北科技学院课程设计七、参考文献1 纪静波 低频电子线路 机械工业出版社2009.12 杨凌 模拟电子线路 机械工业出版社2006.73 何希才尤克振荡电路的设计与应用 科学出版社 2005.34张新喜等Multisim 10 电路仿真及应用 机械工业出版社2010.25童诗白模拟电子技术基础高等教育出版社2009.46 熊伟林主编 模拟电子技术及应用 机械工业出版社2010.67刘树林低频电子线路机械工业出版社2008.8华北科技学院课程设计一、华北科技学院课程设计11.华北科技学院课程设计1.五、华北科技学院课程设计华北科技学院课程设计
