函数发生器的设计和仿真实现

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书1学号：课程设计课程名称模拟电子技术基础课程设计题目函数发生器学院专业班级姓名指导教师2015年01月20日武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书2课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:函数发生器的设计和仿真实现初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件。要求完成的主要任务:（1）设计任务根据要求，完成对方波－三角波－正弦波发生器的仿真设计、仿真、装配与调试，并自制直流稳压电源（2）设计要求①正弦波Upp≈3V，幅度连续可调；三角波Upp≈5V，幅度连续可调；方波Upp≈14V，幅度连续可调。频率范围：三段：10~100Hz，100Hz~1KHz，1KHz~10KHz；频率控制方式：改变RC时间常数；正弦波输出电量：电流；②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。时间安排：1、2015年1月13日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明,查阅相关资料，学习电路的工作原理。。2、2015年1月14日至2015年1月16日，方案选择和电路设计。3、2015年1月17日至2015年1月18日，电路调试和设计说明书撰写。4、2015年1月20日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书3目录摘要...................................................................................4函数发生器.............................................................................51.设计概述.........................................................................52.NA741芯片简介....................................................................52.1UA741芯片..................................................................52.2LM7815芯片和LM7915芯片....................................................53.各部分电路设计...................................................................63.1直流稳压电源电路............................................................63.2函数发生器的原理............................................................73.3函数发生器设计思路及流程图..................................................73.4函数发生器的仿真图..........................................................83.5AltiumDesigner设计原理图..................................................84.函数发生器各模块电路设计.........................................................94.1正弦波模块..................................................................94.2方波模块设计...............................................................114.3三角波模块设计.............................................................125.仿真软件.......................................................................136.实物及调试得到波形信号.........................................................157、总结和收获.....................................................................18参考文献..............................................................................18附录1整体元件清单....................................................................19表1直流稳压电源电路元件清单......................................................19表2函数发生器电路元件清单.......................................................19本科生课程设计成绩评定表..............................................................20信息工程学院课程设计评分表........................................................21武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书4摘要本次课程设计的题目是函数发生器,函数发生器可以产生正弦波、方波、三角波甚至任意波形，有很宽的频率调节范围。通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出正弦波、方波、三角波的简易发生器我们所做的课程设计电路，是运用集成运算放大器芯片UA741CD来组建函数发生器的几个模块，产生正弦波、方波、三角波。RC文氏电桥振荡产生正弦信号，再通过电压比较器将正弦信号转换成方波信号，方波信号通过积分比较器后即可转变成三角波。接入示波器即可显示对应正弦波、方波、三角波。关键词：UA741CD、函数发生器、RC文氏电桥、电压比较器、积分器AbstractThecoursedesignisthesubjectoffunctiongenerator,functiongeneratorcanproducesinewave,trianglewave,squarewaveevenarbitrarywaveform,wideadjustablerangeoffrequency.Byanalyzingtheprinciplesandcomponentsofthefunctiongeneratorcanchangethedesignofasimplegeneratorofsinewave,trianglewave,squarewave.Curriculumdesigncircuitofwhatwedo,isseveralmodulesusingthechipintegratedoperationalamplifierUA741CDtoestablishthefunctiongenerator,generatesinewave,trianglewave,squarewave.ThesinusoidalsignalgeneratorRCWienbridgeoscillation,thenthesinesignalisconvertedintoasquarewavesignalbyavoltagecomparator,squarewavesignalsthroughintegralcomparatorcanbetransformedintoatriangularwave.Oscilloscopecandisplaythecorrespondingaccesssinewave,trianglewave,squarewave.Keywords:UA741CD,functiongenerator,RCWienbridgecircuit,voltagecomparator,integrator武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书5函数发生器1.设计概述设计电路分为直流稳压电源模块、RC正弦波振荡电路及选频网络模块、电压比较器产生方波模块、积分器产生三角波模块。2.NA741芯片简介2.1UA741芯片UA741型运放双列直插封装的俯视图如图1(1)所示。紧靠缺口（有时也用小圆点标记）下方的管脚编号为1，按逆时针方向，管脚编号依次为2，3，…，8。其中，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端，管脚1和5为调零端。通常，在两个调零端接一几十千欧的电位器，其滑动端接负电源，如图1(2)所示。调整电位器，可使失调电压为零。图1(1)图1(2)2.2LM7815芯片和LM7915芯片LM78**：1输入，2地，3输出；LM79**：1地，2输入，3输出。U+U-IN-87651234-+IN+OUT调零调零空端+-+2315467U+U-武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书63.各部分电路设计3.1直流稳压电源电路该模块分四部分，变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路。电源变压器：将电网提供的220V交流电压通过变压器转换为+18V电压输出。整流电路：利用单向导电器件构成的整流桥将交流电转换成脉动直流电。滤波电路：利用储能元件C1、C2把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。稳压电路：利用集成稳压芯片LM7815和LM7915各一块组成具有同时输出+15V、-15V电压的稳压电路。仿真电路图如下：图1直流稳压电源仿真电路图图2直流稳压可调电源仿真结果武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书73.2函数发生器的原理函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本次课程设计采用由集成运算放大器组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，有首先产生正弦波，通过整形电路将正弦波变换成方波，再通过积分电路将方波变成三角波；还可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生正弦波再转换成方波，再将方波变成三角波的电路设计方法。3.3函数发生器设计思路及流程图通过RC正弦波振荡电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然后通过电压比较器将正弦信号转换成同频率的方波信号、通过积分器将方波信号转换成同频率的三角波。最后，接调幅网络后即可输出幅度、频率可调的正弦、方波、三角波信号。函数信号发生器的设计框图如图3所示。RC正弦波振荡电路及选频网络积分器电压比较器正弦波方波输出正弦波输出方波输出三角波图3.函数信号发生器框图武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书83.4函数发生器的仿真图图43.5AltiumDesigner设计原理图1AltiumDesig