函数信号发生器课程设计报告.

1漳州师范学院《模拟电子技术》课程设计函数信号发生器姓名：学号：系别：专业：年级：指导教师：2012年4月3日2函数信号发生器摘要利用集成电路LM324设计并实现所需技术参数的各种波形发生电路。根据电压比较器可以产生方波，方波再继续经过基本积分电路可产生三角波，三角波经过低通滤波可以产生正弦波。经测试，所设计波形发生电路产生的波形与要求大致相符。关键词：波形发生器；集成运放；RC充放电回路；滞回比较器；积分电路3目录中文摘要.............................................................错误!未定义书签。1.系统设计........................................................................................41.1设计指标................................................................................................................................41.2方案论证与比较....................................................................................................................42.单元电路设计................................................................................52.1方波的设计............................................................................................................................52.2三角波的设计........................................................................................................................82.3正弦波的设计........................................................................................................................83．参数选择....................................................................................113.1方波电路的元件参数选择...................................................................................................114.系统测试......................................................................................114.1正弦波波形测试..................................................................................................................114.2方波波形测试......................................................................................................................114.3三角波波形测试..................................................................................................................125．结果分析....................................................................................126．工作总结....................................................................................127．参考文献....................................................................................138．附录............................................................................................1341.系统设计1.1设计指标1.1.1电源特性参数①输入：双电源12V②输出：正弦波ppV1V，方波ppV≈12V，三角波ppV≈5V，幅度连续可调，线性失真小。1.1.2工作频率工作频率范围：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ1.2方案论证与比较1.2.1方案1：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形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，通过滞回比较器能调出方波,并再次通过积分电路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。1.2.2方案2：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形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,通过电压比较器可以形成方波,方波经过积分之后可以形成三角波,三角波再经过低通滤波可以形成正弦波,此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能,电路较简单,调试方便,相比第一方案,其操作成功率较低.52.单元电路设计2.1方波的设计2.1.1原理图R21.3KR30.5K+12-12D1ZNRD2ZNR321411U1LM324A2.1.2工作原理矩形波发生电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要成分;因为产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈,6因为输出状态应按一定时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间.7图所示的矩形波放生电路,它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成.RC回路既作为延迟环节,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，反相输入端电位随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo就从+Uz跃变为—Uz，与此同时Up从+Ut跃变为—Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，或者说放电。反相输入端电位Un随时间t增长而逐渐降低，当t趋于无穷时，Un趋于—Uz；但是，一旦Un=—Ut,再稍减小，Uo就从—Uz跃变为+Uz，与此同时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。图2.3滞回比较器的电压传输特性8图2.4方波发生电路的波形2.3三角波的设计2.2.1原理图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Jun-2008SheetofFile:E:\闹学记\偶滴\课程设计\改过的\BackupofCopyofSheet1.DDBDrawnBy:RRR3R4RRw2Rw3C5DZDZU2U3+12+12-12-12图2.3三角波发生电路原2.4三角波发生电路的波形图92.2.2工作原理积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测量2.6方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，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.积分电路还可用于延时和定时。在图2.3所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。.321COOIUdtUdtCRC(式2.10)32102041()OOOWUUttUtRRC(式2.11)式中20OUt为初始状态时的输出电压。设初始状态时2OU正好从-ZU跃变为+ZU，则式2.10应写成3102041()OZOWUUttUtRRC(式2.12)积分电路反向积分,2OU随时间的增长线性下降，根据图2.4所示电压传输特性，一旦2OTUU，再稍减小，2OU将从+ZU跃变为-ZU。使得式2.10变为3212141()OZOWUUttUtRRC(式2.13)21OUt为2OU产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，2OU随时间的增长线性增大，根据图2.3的电压传输特性，一旦2OTUU，再稍增大,2OU将从-ZU跃变为+ZU，回到初态，积分电路又开始反向积分。102.3正弦波的设计C10.1uFC30.1uFR74KR81KR910K1098U1LM324C2.3.1工作原理采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。图中采用的是简单的二阶低通滤波电路，与同相输入端电路类似，增加RC环节，可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大，电路如图所示。输出三角波。三角波再经R10、C1积分网络，输出近似的正弦波。总的原理图R12KR22KR3100R42KR51KR62KR710KR81KR910KRW2100KRW15KC10.1uFC20.1uFC30.1uF+12v-12v321411U1LM324A567U1LM324B1098U1LM324CD1ZENER2D2ZENER2113．参数选择3.1方波电路的元件参数选择3.2.1稳压管由于要求方波输出电压约等于12V，所以采用的稳压管的稳压约等于6V，所以应采用6.2V的稳压管两支。电容库房里可以提供0.1uF的电容，所以电路里都采用0.1uF的电容，电阻频率范围是10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ,根据公式f=R2/(4*R1*R3*C)取R1=2KR2=5KR3=100RW1=5KRw2=100K经过公式计算后得到接近的电阻阻值，再把数据代入到仿真软件进行仿真调整，得到正确的波形图和数值。4.系统测试4.1方波波形测试由于在电路图中方波的幅值约等于+12V，所以只要电路没有出现问题，阻值选择合适，那么波形就可以出来。124.2三角波波形测试同样保持电路完整，接入电源，通过调节RW1可改变三角波伏值及频率，通过调整RW2使电路的周期发生变化，同时频率也发生变化。4.3正弦波波形测试将电源电路接入变压器使双电源输出12V，通过调节RW1、RW2可调节正弦波的峰峰值和频率。5.结果分析实验结果和预先所设定的参数存在一定的误差，其中跟元器件的选择参数有关，在电子仿真软件中的电阻参数在库房里没有相吻合的参数，其次在实验焊接过程中也可导致误差，库房所提供的电阻其本身误差较大，综合各方面的考虑，实验结果的误差不可避免，而制作出来的电路板所能出现的波形，在一定程度上会出现失真现象。6.工作总结在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由于