简易函数信号发生器.doc

课程设计任务书（一）设计目的1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。（二）设计技术指标与要求1、设计要求（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；（2）输出信号的频率要求可调；（3）拟定测试方案和设计步骤；（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；（6）测量输出信号的幅度和频率；（7）撰写设计报告。2、技术指标频率范围：100Hz1KHz 1KHz10KHz；输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。（三）设计提示1、方案提示：（1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。（2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。2、设计用仪器设备：示波器，交流毫伏表，数字万用表，低频信号发生器，实验面包板或万能板，智能电工实验台。3、设计用主要器件：（1）双运放NE5532（或747） 1只（或741 2只）、差分管3DG100 4个、电阻电容若干；（2）IC8038、数字电位器、电阻电容若干。4、参考书：电子线路设计实验测试 谢自美主编 华中科技大学出版社 模拟电子技术基础 康华光主编 高等教育出版社 模拟电子技术胡宴如主编 高等教育出版社（四）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格；4、调试总结，并写出设计报告。（五）设计总结与思考1、总结信号发生器的设计和测试方法；2、总结设计信号发生器所用的知识点；3、三角波的输出幅度是否可以超过方波？4、 IC8038的输出频率与哪些参数有关？如何减小失?目录第1章 设计要求与设计指标 (5)1.1设计技术指标与要求 (5)1.1.1设计要求 (5)1.1.2设计技术指标 (5)第2章 理论分析(6) 2.1简易信号发生器设计方案(7) 2.1.1方案一原理框图 (7)2.1.2方案二原理框图 (7)2.1.3方案三原理框图 (7)2.2函数发生器的选择方案 (8)第3章 具体内容设计(8) 3.1各组成部分的工作原理（8）3.1.1方波、三角波发生电路的工作原理(8)3.1.2三角波-正弦波转换电路的工作原理 （8）3.1.3总电路图 (8)3.2参数确定 （9）3.3 EWB仿真电路（10）3.3.1仿真输出三角波和方波 （10） 3.3.2仿真正弦波和方波输出 (10）3.3.3仿真三角波与正弦波输出 (11)3.4 protel制图及PCB板的制作和电路的安装 (12)3.4.1PCB布线图 (12)3.4.2 PCB板底层布线图 (13)3.4.3 PCB板的制作(14) 3.4.4将各元件安装到PCB板上(14)第4章 实验结果与测试(15)4.1方波-三角波转换电路的实验结果(15)4.2正弦波发生电路的实验结果(16)结束语(16)仪器仪表清单(17)参考文献(17)致谢(18)第1章 设计要求与设计指标1.1设计技术指标与要求1.1.1设计要求（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；（2）输出信号的频率要求可调；（3）拟定测试方案和设计步骤；（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；（6）测量输出信号的幅度和频率；（7）撰写设计报告。1.1.2技术指标（1）频率范围：100Hz1KHz 1KHz10KHz；（2）输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。第2章 理论分析 2.1简易信号发生器设计方案2.1.1方案一原理框图 图1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.1.2方案二原理框图RC正弦波振荡电路正弦波积分电路三角波方波电压比较器 图2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。2.1.3方案三原理框图图3 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图由运算放大器单路及分立元件构成，方波三角波正弦波函数发生器电路组成如图1所示，由于技术难点在三角波到正弦波的变换，正弦波可由三角波经过低通滤波器生成.原理如下:三角波展开成傅里叶级数形式,经过低通滤波器之后电路知只有低频正弦或余弦分量流出。 2.2函数发生器的选择方案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(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。方案三的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案三简单方便。综上所述，我们选择方案三。第3章 具体内容设计3.1各组成部分的工作原理3.1.1方波、三角波发生电路的工作原理如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图113 所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图114为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。 图4 方波、三角波产生电路 电路振荡频率 方波幅值 UomUZ三角波幅值 调节RW可以改变振荡频率，改变比值可调节三角波的幅值。图5方波、三角波发生器输出波形图3.1.2三角波-正弦波转换电路的工作原理图6 三角波产生正弦波原理图原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦3.1.3总电路图 总电路原理：通过调节电位器可以改变电路的频率大小，通过两个稳压管可以确定方波输出的大小，通过确定R1和R2的大小，从而可以确定三角波的大小三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。3.2参数确定 电路振荡频率 方波幅值 UomUZ三角波幅值 由上公式与设计要求可知： R1=20khom, R2=30Khom, Uz=10V, Cf=0.025uf. Rw=0100Khom.3.3 EWB仿真电路3.3.1仿真输出方波3.3.2仿真正弦波输出3.3.3仿真三角波与正弦波输出 仿真总结:3.4 protel制图及PCB板的制作和电路的安装3.4.1PCB布线图将DXP 2004制图软件中的PCB原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按钮，就将PCB原理图封装，布线到创建的PCB文件上，如图12所示的PCB布线图。3.4.2 PCB板底层布线图在PCB布线图的视图中，点击菜单栏中的“文件”按钮，然后点击其下的“打印预览”按钮，在出现的各图中就有如图14所示的PCB板底层布线图。3.4.3 PCB板的制作 将PCB板底层布线图打印到热转印纸上，将其粘在一块合适的铜板上，然后将铜板通过热转印器，将铜板腐蚀，用打孔机在其上的各个元件的引脚打孔，就得到如图15所示的PCB板实物图。3.4.4将各元件安装到PCB板上(1)把ua741集成块插入PCB板，注意方向，然后焊接好。(2)注意直流源的正负及接地端。(3) 分别把各电阻，电容放入所定位置，注意电容的极性，然后焊接好。安装完各元件后的得到的电板实物图。第4章 实验结果与测试4.1方波-三角波转换电路的实验结果把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进行整体测试、观察。针对其出现的问题，进行排查校验，使其满足实验要求。可得到实测方波波形如图18所示：图18 实测方波波形其部分参数如下所示： Vpp=18.86V，Prd=969.6us. Freq=1.03KHZ实测三角波波形如图所示：图 实测三角波波形4.2正弦波发生电路的实验结果 由示波器实测正弦波波形图为：图 实测正弦波波形由图可知波形有一点失真。波形有些失真调节Rw可改变相频大小。4.3实验结果分析 输出的各波形的参数范围有些许的偏差，是因为在各原件的参数选择上有些偏差。三角波处理成正弦波方法不够完善。结束语为期三个星期的课程设计已经结束，在这三星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！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，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。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啦。实验中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状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时，如电烙铁，电钻，腐蚀机时，一定要特别注意，不让危险事故发生。还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，制板三次才成功，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。最后用一句话来结束吧：“实践是检验真理的唯一标准”。仪器仪表清单设计所用仪器及器件如表一所示：表一 仪器清单表类型规格数量备注电阻3KW/55v320KW/110v130KW/220v12KW/220v1电位器100KW/220v1芯片741芯片2电容0.03uF/18v1稳压管+10V2参考文献1 康华光.电子技术基础（数字部分）M.第五版.北京：高等教育出版社，2006.414-4242 稻叶保.振荡电路的设计与应用M.北京：科学出版社，2004.29-993 王立欣，杨春玲.电子技术实验与课程设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.98-994 陶桓奇，张小华，彭其胜.模拟电子技术M. 武汉：华中科技大学出版社，2007.170-2305 何宝祥，朱正伟，刘训飞，