1模拟电子函数信号发生器课程设计报告

1、模拟电子函数信号发生器课程设计报告摘要：本计采用集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成方波三角波正弦波函数发生器设计电路。实现波形的产生及转换。通过比较器输出方波经积分器输出为三角波，然后再用差分放大器把三角波转换为正弦波。从而实现电路的设计。一、设计目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟ic器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4掌握常用元器件的识别和测试5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法二、设计任务设计方波三角波正弦波函数信号发生器三、课程设计的要求及技术指标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；3频率范围 ：在1010000hz范围内可调 ；4

2、输出电压：方波u24v，三角波u8v，正弦波u1v四、函数发生器的方案设计及原理框图1 电路设计原理框图图4.2.15 函数信号发生器框图2 各组成部分的工作原理1）方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比较器的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，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，un趋于+uz；但是，一旦un=+ut，再稍增大，uo从uz跃变为-uz，与此同时up从+ut跃变为-ut。随后，uo

3、又通过r3对电容c反向充电，如图中虚线箭头所示。un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，un趋于-uz；但是，一旦un=-ut，再减小，uo就从-uz跃变为+ uz，up从-ut跃变为+ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。2）方波-三角波电路转换电路的工作原理图4.2.16所示为产生方波-三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器a1与r1、r2及r3、rp1组成电压比较器，c1为加速电容，可加速比较器的翻转。图4.2.16 方波-三角波产生电路由图4.2.16分析可知比较器有两个门限电压运放a2与r4、rp2、c2及r5组成反相积分器，其输入信号为方波u

4、o1时，则输出积分器的电压为当uo1=+vcc时当uo1=-vee时可见积分器输入方波时，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4.2.17所示。图4.2.17 方波-三角波波形a点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为 方波-三角波的频率为由上分析可知：电位器rp2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。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rp1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。3）三角波正弦波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定

5、，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。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。其非线性及变换原理如图4.2.18所示。图4.2.18 三角波正弦波的变换原理 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好； 三角波的幅度um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图4.2.19为三角波正弦波的变换的电路。其中rp1调节三极管的幅度，rp2调整电路的对称性，其并联电阻re2用来减少差分放大器的线性区。电容c1、c2、c3为隔直电容，c4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。图4.2.19 三角波正弦波变换电路整个设计电路采

6、用如图所示。其中运算放大器a1、a2用一只双运放a747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管bg319或双三极管s3dg6等。取电源电压为12v。4）计算元件参数比较器a1与积分器a2的元件参数计算如下：由于因此取r3=10k,则r3+rp1=30 k，取r3=20k, rp1为47 k的电位器。取平衡电阻r1=r2/（r3+rp1）10 k。因为当1hzf10hz时，取c2=10f，则r4+rp2=（757.5）k，取5.1 k，rp2为100 k电位器。当 19hzf100hz，取c2=1f以实现频率波段的转换，r4、rp2的值不变。取平衡电阻r5=10 k。三角波

7、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=470f，滤波电容c6一般为几十皮法至0.1f。re2=100与rp4=100，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。5）方波-三角-正弦波函数发生器电路图根据以上设计，可画出方波-三角-正弦波函数发生器电路图如图4.2.20所示。图4.2.20方波-三角-正弦波函数发生器电路图5、 电路的安装与调试安装调试电路要分步骤比较好，这样能及时检查出哪个地方问题，然后才能针对问题进行解决。应此，我把安装电路分为二个部分，分别进行调

8、试，可以后进行整体调试，这样分步进行将工作顺利完成。1 方波-三角波发生电路的安装与调试 1）刚开始实验时熟悉整个原理图，然后根据万能板进行整个电路的排版； 2）进行左部分电路的安装，按图接线； 3）用万用表检查电路是否有短接； 4）调试电路。接入电源，用示波器进行双踪观察； 5）观察示波器，输出三角波，且各指标达到要求即进行右半部分的安装。2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试 1）调好电位器的阻值；2）按图接线，在万能板上接入三角波正弦波变换电路；3）调试，接入直流电源后，把c4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点； 4）在c4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出

9、波形刚好不失真时记入其最大不失真电压，此时出现波形为正弦波。 3 总电路的安装与调试 1）把集成运算放大电路与差分放大电器两部分接好，进行整体观察，测试； 2）用万用表测下电源线与地线是否短路，否则将烧坏芯片； 3）接入电源，针对各阶段出现阶段出现的问题逐各排查校验，使正弦波的峰峰值大于1v。六、电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法1、排版时器件不是太挤就是太宽，导致不好焊接。这个我想是因为我们是第一次做所以比较没经验，相信下次排版一定不会出现这种问题；2、焊接时器件不好固定，在焊时容易掉。因此焊接时先焊高度比较低的仪器，如电阻等；3、焊接时导致后面的铜氧化，使锡不容易吸附在上面。这是因为

10、焊接时手经常碰到背面导致铜氧化，下次焊时注意这个问题，保护安铜；4、第一次调试时，芯片短路。初步断定是哪里短路了，于是我用万用表检测电路状况，发现没有地方短路。这时完全不知道怎么办。没办法只能按电路图接线顺序重新检查一遍，结果发现电源管脚接错了，于是重新装好，再次调试终于没发现什么问题了。七、总结 这周的时间过得很快，因为我认真的学习这个课，同学之间也通过实验互相解决问题，互相沟通，增进友谊。同时通过这个课程设计也让我对我们这个专业有了更进一步的了解，以后可以多看些这方面的书，掌握过硬的技术，为以后的工作打好基础。经过这段课程设计的日子，对于仿真软件，由于没有接触，开始学得很费力，但到后来就好

11、了。在每次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。最终实物做出来了，通过这次课程设计，从原理图的最终敲定，到波形的仿真，到最后实物的焊接与调试，尽管现在只是初步学会了函数信号发生器设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐，不是吗？八、仪器仪表明细清单1、直流稳压电源 1台2、又踪示波器 1台3、万用表 1台4、芯片 747 1片5、电位器 50k 2只 100k 1只 100 欧 1只6、电容 470uf 3只 10uf 1只 1uf 1只 0.1