1、1压控函数信号发生器课程设计实验报告姓名：xxx 学号：班级： 学院：信息科学与技术学院 学校：东华大学日期：2013.9.12-2013.9.232摘要本次课程设计中的压控函数信号发生器利用直流电流源、集成运算放大器、积分电路、差分放大电路、施密特比较反馈电路以及非线性转换电路等器件构成电路，通过改变输入电压，实现信号频率的调节，并变换产生方波、三角波以及正弦波三种信号波形。同时，对输出波形的频率及幅度有指标要求，从而设计出一个符合要求的压控函数信号发生器。要求先在仿真软件仿真好之后，再在实验室中用示波器显示需要的波形。关键词：集成运算放大器 差分放大电路 施密特比较反馈电路3目录1设计概述
2、、任务及要求41.1 设计概述41.2 设计任务41.3 设计要求42.设计方案2.1 总体原理框图2.2 直流电流源 52.3 02V 直流信号的产生62.4 极性变换电路 72.5 积分放大器 72.6 非线性转换电路-差分放大器82.7 比较反馈电路 92.8 三角波方波总电路103.计算机软件仿真（Multisim、EWB）114.组装与调试124.1 总电路组装与参数确定 124.2 调试 155.实验波形166.使用器件汇总177.参考文献188.心得与体会1941、设计概述、任务及要求1.1 设计概述函数发生器是一种能输出多波形的信号源，可以产生正弦波、方波、三角波以及锯齿波等波
3、形，而且输出信号的频率范围较宽，因而在生产测试、仪器维修和实验教学等方面都有广泛的应用，是一种不可缺少的通用信号源。通过本次课程设计，应在了解函数发生器设计原理及构成的基础上，利用集成运算放大器、积分电路以及差分放大电路等器件构成电路，设计完成一个压控型函数发生器。通过改变输入电压，实现信号输出频率的调节，并变换产生方波、三角波以及正弦波。1.2 设计任务用基本集成放大器、三极管及电阻电容等器件设计并制作一个简易的函数发生器，可以产生正弦波、方波、三角波以及锯齿波等波形。设计电路并在 EWB 软件平台环境下进行原理仿真，通过仿真对设计的参数进行合理调整；对设计好的电路及参数，在硬件平台上搭建电
4、路和调试；对电路的实际输出、理论计算、仿真结果进行比较，分析产生误差的原因，提出改进措施。1.3 设计要求电源电压：12V ； 输入信号：直流信号 02V； 5输出信号：方波信号 0-10V ，三角波信号4V，正弦波信号2V； 输出信号频率：0-10kHz； 频率转换误差：小于30Hz； 其他要求：输出信号波形均无明显失真。2、设计方案2.1 总体原理框图2.2 直流电流源2.2.1 原理框图直流电源是能量转换电路，将 220V（或 380V）50Hz 的交流电转换为直流电。6.电路实现2.3 02V 直流信号的产生电路2.3.1 电阻电位分压产生 ixV对 的要求为 的直流电压，故采用电阻电
5、位分压。ixV02V21iRu2.3.2 跟随器运算放大器组成电压跟随器作为缓冲级，根据其输入阻抗大输出阻抗小的特点，使信号可以接近无衰减的传输到下一级。在实际操作中，远方输入端电阻主要用于平衡，减小失调电流引起的误差，开始可以不考虑；运放的反馈端由于没有电阻会造成一7定的信号传输误差，故在调试阶段可以加一个小电阻来进行误差调整。实际操作中可选择 R1=5K, R2=1K(滑动变阻器)。2.4 极性变换电路运用三极管的开关特性，用 U4 电压控制三极管 Q1 的导通与断开，当 Q1 断开（截止） ，运算放大器 AR2 电路为同相放大器与反向放大器的结合，U1、U2 之间满足关系：（3）662
6、11453(1)RUU当 Q1 闭合（饱和） ，AR2 电路则为纯反向放大器， U1、U2 之间的关系式应满足关系：（4）6213RU根据运算放大电路的电阻平衡原则和极性变换电路仅需改变电压的极性而不改变绝对电压的大小原则，各电阻之间应满足关系：； ； 36R45R635/R故有：、三极管截止时即开关断开时 21U、三极管饱和时即开关闭合时 因此，当三极管以一定频率在饱和与截止变换时，极性变换电路输8出的电压 U2 就为 Up-p=2U1 的方波。2.5 积分放大器该电路利用电容的充放电原理，积分输出的 U3 为3 271uudtRC根据运算放大器的电阻平衡原则 ，此时， 输出波形即为三角波。
7、78R3u2.6 非线性转换电路差分放大器（三角波-正弦波）9差分放大电路具有工作点稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强、抑制零点漂流的特点，利用其传输特性的非线性可以将频率较低的三角波转化为正弦波。在实际操作中为了得到较好的正弦波形，需要注意调节三角波幅值使其大小正好使晶体管接近饱和区或截止区；调节电容大小可以改善波形：利用滑动变阻器调节晶体管的静态工作点，以避免图形失真。2.7 比较反馈电路（三角波方波）该电路为施密特比较反馈电路，将三角波 变换为方波，由施密特电路原3u理可知，当 ， 会变换极性，利用二极管的单向导通性，得到仅有3refu4u正向电压的方波信号 ，其中电压之间满足的关系为594
8、10refRuu102.8 三角波方波总电路因为： 9410refRuu2 21071 =TrefrefUdtURC又所以：由上式得到三角波的频率为 174reffTRC11因此， 根据公式得到定值，输出信号频率与控制电压 呈线性关系，达到了refu 1u电压控制函数发生器输出信号频率的目的。3.计算机软件仿真3.1 直流电源仿真（Multisim）3.2 方波三角波仿真（EWB）3.3 三角波正弦波仿真（EWB）124.组装与调试4.1 总电路组装与参数确定参数确定的原则：在提供的实验器材基础上，根据所设计电路及所要达到的级数指标要求，确定最佳参数。134.1.1 压控电路的参数确定根据关系
9、式，结合实际可取 V1=12V，R 1=5K，R 2 为 1k 的滑动变阻器。 在其中跟随器电路的反馈支路上中，由于是运算放大器的、P 极有电阻不平衡，因而在电路的实际工作中可能出现误差，但其影响极小，在其后的误差调整中，为了达到更高的精度要求，可以选择在此处添加一个小电阻。4.1.2 极性变换电路的参数确定在满足运算放大器工作平衡的条件下， ，3620RK14。4510RK4.1.3、积分电路的参数确定积分电路在整个函数发生器的设计中是最为关键的部分，尤其是对工作频率的影响尤为重要，由式174refUfRC可知，在 Uref 已定的条件下，频率在已定 U1 变化区间已定的控制下，其变化范围就
10、由 R7、C1 来决定，而为了使电路在高频下正常功过，电容 C1 选择 0.01f，相应可得知 R7 的取值在 1.1K1.3K 范围内，为调试方便，课选用滑动变阻器代替，既有利于函数发生器，频率变化的精度，又有利于在调试过程中操作的方便性。4.1.4、比较反馈电路的参数确定比较电路为施密特电路，其翻转电压直接决定了三角波的幅值，有式 9410|refRAU可知，三角波的幅值，在 U4 已定的条件下，仅决定于 R9、R10 的大小，因而运用课程设计的技术指标 A=4 的要求来确定电阻的大小，取 、 。910RK106.75K4.1.5、差分放大电路的参数确定在满足运算放大电路正常工作产生较好的
11、正弦波形的同时，满足正弦波的幅度调节范围要求各个器件的取值： 、132RK、 、 、 、14RK1526.8RK16720RK8.15、 、 为 100k 的滑动变阻器。其中193RK2102RR13、 R14 的选取是考虑进入非线性转换电路的三角波幅值不可过大的要求，且其幅值具有较大的可变动范围；R15、R21 是差分放大电路的平衡电阻，差分电路的平衡与否直接影响所输出正弦波的对称性；R16 、R17 为集电极电阻，取之较大是为了得到合适的 Ic 值；而电阻 R18、R19 的选取，主要出于差分放大电路的静态工作点；R22 选取较大的电阻则是为了使最终输出的正弦波具有较大的幅值变化范围。4.
12、2 调试1、电路调试过程中，三角波幅值与要求不相符，这时调节中的 滑动变阻器使幅值为 4v90,RK2、电路调试过程中，方波幅值与要求不相符，这时改变 、1R的大小可以使方波幅值为 010v13、频率变化范围并未达到 010kHz，这时调节积分器与极性变换电路之间的滑动变阻器 ，使频率达到要求，必要时加入补偿电7R路，在其两端并联一个 级的电路，pf4、对于正弦波产生电路的调试，先调节滑动变阻器 使差分20R放大电路静态工作点合适，再调节滑动变阻器 使正弦波形达到要14求,最好是两个滑动变阻器一起调试，可以得到讲好的正弦波形。5、调正弦波时，波形出现毛刺或者不光滑现象，这时分别改变100 和
13、10 的电容来调整。ff165.实验波形5.1 三角波5.2 方波5.3 正弦波17根据这三个波形可见，整个函数示波器，在图形输出上达到了较好的效果，据课程设计的实体的各个参数的具体测量，压控频率的变化具有较好的线性关系。6使用器件汇总名称 型号 数量 说明1K21.2K 13K 16.1K 16.8K210K 612K 120K 4定值电阻100K1181K110K 3滑动变阻器100K 10.01 f110 1电容100 f1二极管 1 使输出单极性电压的方波晶体管三极管 4集成运算放大器LF353 2 共 8 个引脚，每个上面有两组运算放大器示波器 GOS-6021 1 观察波形状况，以
14、便调试数字万用表 M9803 1 测试控制电压大小、调整静态工作点、测电阻大小、测试各点电压大小直流稳压电源 GPS-3303 1 提供 12v 直流电压源和地线7.参考文献1、童诗白， 模拟电子技术基础第四版，高等教育出版社2、杨上河， 电子技术实验与模拟电子技术课程设计 ，西安电子科技大学出版社8.心得与体会首先，真的挺高兴的，因为经过近两周的努力与付出，终于要将此次课程设计完成了，虽然有时挺累的，但是现在的自己还是充满了喜悦感与满足感。然后，通过此次实验一方面巩固了我们上学期19学的模拟电子技术理论知识，另一方面使同学们的动手操作能力得到了提高。当然，也让大家意识到了理论与实际还是有一些区别的，比如我们用 EWB 仿真出来的一些特定参数的器件在实验室或生活之际中是没有的，这时需要我们耐心地去调试。除此之外，由于我的仿真同时使用了 Multisim、EWB 两个仿真软件，我发现 Multisim 的功能更强于 EWB，它里面有许多器件是 EWB 中没有的。最后，我觉得每次可以多提供几个课程设计的题目，然后，让我们选自己感兴趣的课题，这样可以更加提高我们的积极性以及效率，而且，尽量不提供具体实验设计方案，让我们自己设计一些方案来实现特定的功能，当然，难度提高了之后，也应该将课程设计的时间增长。总的来说，此次课程设计的收获还是挺大的。20
