函数信号发生器课程设计报告

郑州科技学院模拟电子技术课程设计题目函数信号发生器姓名孙增光专业班级13级电气工程及其自动化4班学号201347105院（系）电气工程学院指导教师周喜完成时间2015年6月12日1目录1课程设计的目的……………………………………………………12课程设计的任务与要求…………………………………………23设计方案与论证……………………………………………………33.1方波、三角波及正弦波的设计……………………………43.2计算机仿真测试……………………………………………44设计原理及功能说明…………………………………………55单元电路的设计（计算与说明）……………………………56硬件的制作与调试………………………………………………57总结…………………………………………………………………10参考文献…………………………………………………………………15附录1：总体电路原理图……………………………………………18附录2：元器件清单…………………………………………………1921课程设计目的1：进一步巩固熟悉简易函数发生器的电路结构及电路原理并了解波形的转变方式。2：学会用简单的元器件及芯片制作简单的函数信号发生器，锻炼动手能力。3：学会调试电路并根据结果分析影响实验结果的各种可能的因素。2课程设计的任务与要求设计任务：设计一个电路实现方波-三角波-正弦波函数发生器主要技术指标：1）设计、组装、调试函数发生器2）输出波形：正弦波、方波、三角波等3）频率范围：10～100Hz，1000HZ～１０KＨz4)输出电压：方波Up-p=6V，三角波Up-p=6V，正弦波U1V；波形特征：方波tr10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD2%，正弦波失真系数THD5%。软件仿真部分元器件不限，只需元件库有即可，但需要注意合理选取。33设计方案与论证3.1方波、三角波及正弦波的设计图1所示产生方波-三角波电路。工作原理如下：若a点断开，运算放大器A1与R1、R2及R3、Rp1组成电压比较器图1方波-三角波产生电路运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图2所示。4图2方波-三角波波形三角波→正弦波的变换主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。5图3三角波→正弦波的变换原理及三角波→正弦波变换电路3.2计算机仿真测试计算机仿真图64设计原理及功能说明4.1基本原理函数信号发生器是将输入的电压经过一系列变换后能够输出要求的波形基本原理图本次设计采用的电路是基于运放和晶体三极管的试验电路。由理论分析知，电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波,三角波再经过差动放大器可以产生正弦波。向电压比较器输入三角波就可以产生方波，于是可以将积分电路的输出作为电压比较器的输入。各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现。例如，改变电容的值。电路的原理部分的设计，可以是先设计单元电路，然后用仿真软件模拟。等到各个单元都设计完成后，可以将各个单元结合到一起，由仿真软件模拟是否符合制作要求。本次试验中，就是先做方波发生电路：电压比较器，然后是积分电路，最后是差动放大电路。75单元电路的设计（计算与说明）1.方波发生电路的设计上图为方波发生电路2方波——三角波转换电路的设计图1上图为方波→三角波的变换的电路。83.三角波——正弦波转换电路的设计上图为三角波→正弦波的变换的电路。其中R8调节三极管的幅度，R13调整电路的对称性，其并联电阻R9用来减少差分放大器9的线性区。电容C3、C4、C5为隔直电容，C8为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。由图1分析可知比较器有两个门限电压其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为由图3分析有三角波的幅度为方波-三角波的频率为由上分析可知：①电位器R6在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。10②方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器R5可实现幅度上下微调，但会影响波形的频率。在图5中，比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：取R3=10kΩ,则R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1为47kΩ的电位器。取平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。因为当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2为100KΩ电位器。当19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。取平衡电阻R5=10K。三角波→正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470μF，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1μF。RE2=100Ω与RP4=100Ω，相并联，以减少差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定116硬件的制作与调试6.1焊接按照方案焊接的实物图焊接如下正面按照电路图合理布局，将原件焊接在合适的位置，然后细心对照电路图画出焊接图开始走锡。针对各阶段出现的问题，逐个排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。对于接不通的线可以适当选择在实验板后面合理布线。如上图所示。正面的三根导线依次接示波器的正极，分别在示波器上显示方波，三角波，正弦波。12背面6.2调试最开始调试的时候波形总是出不来，后来调节了一下电位器，又对示波器进行了反复调节，最终调节出来了方波和三角波。由于示波器略有问题，正弦波标准波形最终也没出来。137总结为期一个星期的课程设计结束啦。在这个一个星期的学习，设计，焊接过程中我感触颇深。是我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪表仪器；了解了电路的连接、焊接的方法；以及如何提高电路的性能等等。其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了再接好电路后测试出波形的那种喜悦。在试验过程中，我们遇到了不少的问题，比如波形失真，甚至不出波形的这样那样的问题，在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊，实验中也暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂的状态，自己还有很多东西都没有掌握牢固，学过的东西没有及时巩固，从而导致很多东西才学过不久就基本忘记了。对于很多的元器件，都不是很清楚其用途和作用。在刚开始设计时，发现很多元件的参数和功能都不是很清楚，导致用软件仿真时经常出现因选错器件而不能产生正确波形的事情发生。老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点实在令我们感动。在制板的过程中，则深深地体会到了耐心和细心的重要性。在刚开始焊接电路板时，由于长时间没有焊接电路，感觉有点生疏了，焊出来的焊点都不是很实，很容易松动，并且焊接出的焊点很不光滑，焊了二天，看到别的同学基本都完成焊接这一步，很急，结果焊得就更不理想了。本来打算重新换一块新的电路板进行焊接的，但是却还是不甘心就这样放弃，于是，在别人都离14开的情况下，还是耐心地把那块电路板焊好了才离开实验。这次的课程设计真正让我学到了很多东西，学到了很多以前不知道的理论知识，还了解到了很多时间重要注意到的东西，动手能力也得到了极大的提高，积累了很多实践经验，同时也深深体会到指导老师对我们要求严格的初衷和我们带来的诸多益处。15参考文献康华光主编《电子技术基础（模拟部分）》高等教育出版社戴焯主编《传感与检测技术》武汉理工大学出版社邱关源主编《电路（第五版）》高等教育出版社谢自美主编《电子线路设计·试验·测试》华中科技大学出版社16附录1：总体电路原理图方波—三角波—正弦波函数发生器实验电路先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦17附录2：元器件清单元器件参数数量电阻10K520k15.1k26.8k22k31k1100Ω1电位器200k1100k150k1100Ω1电容100μF1470μF310μF11μF1运算放大器Op07cp2晶体管2N55514电源4.5V2导线若干