函数信号发生器的设计

山东农业大学信息学院课程设计（论文）课程名称：模拟电子技术基础课程设计题目名称：函数信号发生器的设计姓名：李振学号：20104640班级：2010级一班专业：电子信息科学与技术设计时间：2011-2012-1学期15、16周教师评分：2011年12月9日-1-目录1设计的目的及任务…………………………………………………………（2）1.1课程设计的目的…………………………………………………………（2）1.2课程设计的任务与要求…………………………………………………（2）2电路设计总方案及各部分电路工作原理………………………………（2）2.1电路设计总体方案……………………………………………………（2）2.2正弦波发生电路的工作原理…………………………………………（3）2.3正弦波---方波工作原理……………………………………（5）2.4方波---三角波工作原理…………………………………（6）2.5三角波---正弦波工作原理…………………………………（7）2.6限幅电路图及其原理………………………………………………(8)2.7频率可调的原理………………………………………………………(8)3电路仿真及结果……………………………………………………………（9）3.1仿真电路图及参数选择……………………………………（9）3.2仿真结果及分析…………………………………（10）4收获与体会………………………………………………………………（12）5仪器仪表明细清单………………………………………………………（12）参考文献……………………………………………………………………（13）-2-1设计的目的及任务1.1课程设计的目的1）在实践中检验对模拟电子技术基础的掌握程度，进一步加深对模拟电子技术的理解。2）在课程设计中发现自己对知识掌握的不足之处，并深入研究，培养自己发现和解决问题的能力。3）学会利用multisim对电路功能进行仿真测试。4）掌握常用的原件的功能及符号。1.2课程设计的任务与要求1)设计、组装、调试函数信号发生器2)能输出特定频率（1kHz）的正弦波（两个）、方波和三角波共四种波形。产生波形的顺序正弦波→方波→三角波→正弦波。3)振幅固定，如-5V到+5V之间。4)拓展项(可选):频率可调，锯齿波脉冲波。5）工具：multisim2电路设计总方案及各部分电路工作原理2.1电路设计总体方案1）基本功能：首先通过RC振荡电路产生正弦波，再由过零比较器产生方波，然后由积分电路产生三角波，最后由低通滤波器再产生正弦波。2)拓展功能：限幅，利用反馈电路来实现。频率调节，更换正弦波振荡电路中的电容和电阻即可做到。-3-2.2正弦波发生电路的工作原理在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，所以电路中必须引用正反馈；二要有外加选频网络，用以确定振荡频率。在正反馈过程中，X。越来越大。由于晶体管的非线性特征，当X。的幅值增大到一定程度时，放大倍数的数值将减小。因此，X。不会无限制的增大，当X。达到一定数值时，电路达到动态平衡。这时，输入量通过反馈网络产生反馈量作为放大电路的输入量，而输入量又通过放大电路维持着输出量，写成表达式为正弦波振荡的条件为:1AFAF2n根据RC串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC正弦波振荡电路的振荡频率为：RCfo21；振荡的幅度平衡条件|FA|1是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足41||FA的幅度条件。已知当ffo时，31||F，由此可求得振荡电路的起振条件为：3||uA同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：3R1RF（即RF=2R′）通过调节R，固定C，来实现振荡频率可调。电路的振荡频率：2πRC1fOR=R1=R2=16k；起振的幅值条件：R3Rf≥2Rf=R4+R5；产生1KHz的正弦波。具体接线图如下；52.3正弦波---方波工作原理用过零比较器将正弦波转换为方波。过零比较器的电压传输特性如下：OMOM000ioTiUuuu-Uu正弦波—方波转换电路如下图：具体接线图如下：62.4方波---三角波工作原理积分电路可将方波变为三角波，所以只要将矩形波电路的输出（方波）作为积分电路的输入，在积分电路的输出端就可以得到三角波电压输出。0NPuu为“虚地”。电容C中电流等于电阻R中电流：RuiiIRC，输出电压与电容上电压的关系为：COuu；而电容上电压等于其电流的积分，故积分电路输入电压和输出电压的关系为：dtuRCdtiCIC11uO7具体接线图如下：2.5三角波---正弦波工作原理在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下，可以采用低通滤波器的方法将三角波转化为正弦波。输入电压为uI和输出电压为uO，uO的频率等于uI基波的频率。将三角波按照傅立叶展开为：...)5sin2513sin91(sin8uIttttum）（其中um是三角波的幅值。低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率而且小于三角波的三次谐波频率。具体接线图如下：82.6限幅电路图及其原理若输出的波形电压为10V，要做一个0—7V的限幅电路，可以取增益为0.7，即可选择R1=10K,R2=7K。2.7频率可调的原理频率调节主要依赖于RC正弦波振荡电路中的选频网络改变RC正弦波振荡电路中选频网络的电容和电阻即可做到。如下图用一个单刀多掷开关和几个不同的电容即可做到。9图.频率可调的RC串并联选频网络只要将原电路中的选频网络更换成上图所示选频网络即可做到频率的调节。3电路仿真及结果3.1仿真电路图及参数选择电路元器件参数的选择要经过计算，达到符合要求。RC振荡电路中参数应该注重R1、R2、C1的选择符合1KHz的要求，负反馈段要满足3||uA；正弦波转化为方波时主要是确定稳压二极管两端的电压，符合电压幅值的要求；方波转化为三角波时通过调整电阻R8和C3大小，10使三角波的峰值和方波的峰值基本相同；三角波转化为正弦波时，低通滤波器电容符合电路原理分析中的要求。3.2仿真结果及分析1.工作原理正弦波发生电路的Multisim仿真结果：2.正弦波---方波转换电路的工作原理Multisim仿真结果：3.方波---三角波转换电路的工作原理Multisim仿真结果：114．三角波-正弦波转换电路的工作原理Multisim仿真结果：总电路图仿真结果：124收获与体会1）通过这次课程设计我懂得了专业基础知识的重要性，没有好的理论基础就不可能有实践的正确性，当自己边看书边做设计，通过总结分析，上网及图书馆的资料查阅，与同学们的探讨，更深的认识到技术的支撑靠严谨的科学逻辑与实践的检验，2）通过自己的学习设计以及跟同学们的探讨，明白了函数信号发生器的机理，学到了以前很多不曾掌握牢靠的知识。3）通过对multisim的安装调试，在一次次波形失真，一次次调试中，逐渐初步掌握了multisim的应用。当终于出来正确的波形时，心里满心喜悦，全身心的投入做一件事情成功后的感觉真好。4）以后一定要更努力的学习专业基础知识，同时要把理论和实践结合起来，提高自己的能力，争取让自己做出的设计功能更加强大。5仪器仪表明细清单名称大小个数双综示波器1个集成运放3个二极管2个稳压管2个电阻1k5个16k2个10k1个101个电容10n2个1u1个40u1个四综示波器1个滑动变阻器5k1个13参考文献[1]华成英《模拟电子技术基础》、2005、高等教育出版社[2]许杰《模拟电子线路》、2006、国防工业出版社[3]豆丁网、百度等网络工具