模拟电子技术课程设计信号发生器的设计

1、模拟电子技术课程设计一课题名称：信号发生器的设计二内容摘要：函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次实验旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。三设计内容及要求：1、要求完成原理设计并通过软件仿真部分（

2、1）rc桥式正弦波产生电路，频率分别为300hz、1khz、10khz、500khz，输出幅值300mv5v可调、负载1k。（2）占空比可调的矩形波电路，频率3khz，占空比可调范围10%90%，输出幅值3v、负载1k。（3）占空比可调的三角波电路，频率1khz，占空比可调范围10%90%，输出幅值3v、负载1k。（4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围400hz5khz、输出幅值5v、负载电阻1k。软件仿真部分元器件不限，只要元器件库中有即可，但需要注意合理选取。2、上述（4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围400hz5khz、输出幅值5v、

3、负载电阻1k。硬件制作部分核心元器件：ua741、lm324、9013，电阻电容不限。四系统方案设计：1. 单个波形的产生：正弦波：通过rc桥式电路自激振荡产生方波：在迟滞比较器的基础上，增加一个rc组成的积分电路，将输出电压rf、c反馈到比较器的反相端，并在比较器的输出端引入限流电阻r和两个背靠背的双向稳压管，从而组成双向限幅方波发生电路。三角波:对方波进行积分，由积分电路特性即可知三角波的产生，其电路包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器两部分组成。2. 波形转换电路：比较器产生方波积分器产生三角波用差分放大电路实现正弦波，相应转换关系如下:五电路设计及原理分析：正弦波产生电路

4、:工作原理:图示为rc桥式正弦波振荡器。其中rc串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，r3、r4、r5及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器rw，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管d1、d2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。d1、d2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。r3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率 起振的幅值条件 调整反馈电阻r5，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大rf。如波形失真严重，则应适当减小rf。改变选频网络的参数c或

5、r，即可调节振荡频率。矩形波产生电路：工作原理：在接通电源的瞬间，设输出电压偏向于正饱和值，即vo=+vz时，加到比较器同相端的电压为+fvz，而加于反相端的电压，由于电容器 c上的电压 vc不能突变，只能由输出电压vc 通过电阻rf 按指数规律向 c充电来建立，充电电流为i+ 。显然，当加到反相端的电压 vc略正于 +fvz时，输出电压便立即从正饱和值 (+vz)迅速翻转到负饱和值(-vz) ， 又通过 rf对c 进行反向充电，充电电流为i- 。直到vc 略负于-fvz 值时，输出状态在翻转回来。如此循环不已，形成一系列的方波输出。 电容器端电压随时间变化规律为：改变正、反向充电时间常数的网

6、络如下：以该网络代替rf两端电路，当vo为正时，d1导通而d2截止，正向充电时间常数为r4c；当vo为负时，d1截止而d2导通，反向充电时间常数为r5c。选取r4/r5的比值不同，就改变了占空比，设忽略了二极管的正向电阻，此时振荡周期为：三角波产生电路：工作原理：设t=0时接通电源，有 vo1=-vz ，则 -vz经r6 向c 充电，使输出电压按线性规律增长。当 vo上升到门限电压vt+ ，使vp1 =vn1=0时，比较器输出vo1 由 -vz上跳到+vz ，同时门限电压下跳到vt- 值。以后vo1 = +vz经 r6和d 、r5 两条支路向 c 反向充电，由于时间常数减小，vo 迅速下降到负

7、值。当 vo下降到门限电压vt- 使vp1=vn1=0时，比较器输出v o1又由 +vz下跳到-vz 。如此周而复始，产生振荡。由于电容 c的正向与反向充电时间常数不等，输出波形vo 为锯齿波电压， vo1为矩形波电压，可以证明，设忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为：当r5、d 支路开路时，电容c 的正、反向充电时间常数相等，此时锯齿波就变成了三角波，图示电路就变成了方波-三角波产生电路，其振荡周期为：方波三角波正弦波产生电路：工作原理:方波产生：原理同矩形波产生电路方波转换成三角波：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，

8、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。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。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。方波、三角波发生器输出波形图三角波转换成正弦波：波形变换的原理是利用差分放大的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图所示。由图可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。为实现三角波-正弦波转换电路，其中rp1调节三角波的幅度，rp2调整电路的对称性，其并联电阻re2用来减小差分放大器的线性区，电容c

9、1、c2、c3为隔直电容，c4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。六仿真结果及相关参数测试：rc桥式正弦波产生电路（频率分别为300hz、1khz、10khz、500khz，输出幅值300mv5v可调、负载1k。）频率可调：改变r、c值即可实现幅值可调：在输出端接一滑动变阻器即可实现测得数据：f=300hz，t=3,326ms，vom=-1.466测得数据：f=1khz，t=1.014ms，vom=927.475mv测得数据: f=10khz，t=108.200us，vom=1.015v占空比可调的矩形波电路（频率3khz，占空比可调范围10%90%，输出幅值3v、负载1k。）占空比可调

10、：通过改变r4和r5的比值即可实现测得数据：t=506.823us，vom=2.950v占空比可调的三角波电路（频率1khz，占空比可调范围10%90%，输出幅值3v、负载1k。）占空比可调：通过调节r5即可实现测得数据：t=1.033ms，vom=3.255v多用信号源产生电路（分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围10hz10khz、输出幅值5v、负载电阻1k。）频率范围：调节rw1即可实现测得数据：vo1=-11.118v,vo=-5.172v,vo3=-6.161v七硬件设计及焊接测试：1.电路原理图为: 2. 硬件制作所需要的元器件清单：序号名称规格备注r1 、r3电阻5.1k1/8

11、wr2、r5、r11电阻10k1/8wr4、r7、r8电阻5101/8wr6电阻1k1/8wr9、r10电阻6.8k1/8wrw1、rw2电位器10k实验台代rw3电位器501u1、u2运放741t1、t2三极管9013bf=120c1电容104c2电解电容47uf/25v3. 焊接电路图为4. 调试输出波形为：(方波-三角波-正弦波)5. 硬件测试结果表1 引脚端测量数据+-u1u2r1r27744233、63662表2 方波、三角波测量数据频率范围幅值uo1uo2表3 差分放大产生正弦波测量数据uc1uc2ue1ue2ui3正弦信号1k、0.5vp-p， uo3= （vp-p）6. 理论值

12、计算及误差计算与分析表1+-u1u2r1r2相对误差r1%相对误差r2%7744233、63662方波与三角波：理论值：相对误差：正弦波：理论值：相对误差:误差分析：1) 电路连接元器件错误以及线路出现错误导致测量误差；2) 万用表、示波器等测量仪器精度不高或者输出示数不稳定导致读数误差；3) 杂波以及噪声干扰导致测量误差；4) 元器件本身存在偏差导致微小偏差；5) 分析电路出错导致计算结果出错。八遇到故障的原因分析及解决方案：故障一：测试电路观测不到波形。原因分析：1.电路连接出现问题，例如：导线短路，未接地线或者电源线等；2.芯片为不合格品；3.杂波干扰，导致波形不能正常输出。解决方案：1

13、.仔细检查电路，可通过借助万用表等工具测试线路问题；2.换另一块合格芯片3.添加滤波电路滤除杂波。故障二：频率增大时，正弦波和方波幅度不变，三角波幅度明显减小。原因分析：积分电路的积分时间常数通常是保持不变的，随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。解决方案：改变积分时间常数的大小。同步减小c1或者rw1，延长积分时间。故障三：三角波顶部或底部失真。原因分析：1.方波信号边沿失真。2.积分电路时间常数选取不当。解决方案：1.在方波信号输出端增加稳幅电路。2.改变积分时间常数的大小，或者选择一大电阻（300k左右）与积分电容c1并联，调节三角波线性度。故障四：在方波及三角波正

14、常输出情况下，正弦波失真或输出不正常。原因分析：1. 三极管连接错误或三极管已坏，导致波形不能输出；2.测试线连接错误；3.滑动变阻器未调节好解决方案：1.取出三极管将工作正常的三极管重新焊接好；2.修改输出线路3.利用相关工具调节滑动变阻器使之处于正常输出状态。九收获和体会：这次的模拟电子技术课程设计，总共仅持续了两天左右，可是却给我们留下了很深刻的体会和心得；这次的学习不仅让我们看到了我们专业高深的应用领域，让我们体会到了将理论知识运用于课外实践的成就感，更加让我们体味到了电子技术在飞速发展的信息时代的重要意义。此次实验的内容以完成设计和焊接一个函数信号发生器为主要内容，主要利用本专业常使

15、用的一个仿真软件multisim来完成前期的准备设计，期间也给予了我们很多自我探索和学习的机会，比如需要我们自己上网搜索所需运放器ua741的芯片引脚以及相应参数和应用知识。以下几点便是我在整个学习过程中对专业理论知识和课程实践的深刻认识：1.在进行实验时，一定要注意安全用电。当检查好所使用的电是安全的并准备好实验器件后再开始实验；实验后要记得断开电源，避免造成不必要的浪费和安全事故。2.学会识别和鉴别元器件是进行实验的一个重要步骤。比如说极性电容的极性问题，ua741芯片的引脚接法，三极管的三端口识别，电阻阻值判断等，若没有事先了解和学习就会很容易遭成电路连接错误而导致实验不能顺利的完成。3

16、.进行电路板的焊接时一定要一步一个步骤，按照要求来做，并注意即时清理电路板上的杂质，看清原理图，才能避免出现不必要的线路问题（短路或者虚焊等），保证焊接出标准的焊点，才能使焊接顺利完成。4.调试电路时，可以分块调试，比如本次实验中可以先测出方波和三角波产生电路图，然后再检测正弦波的产生，这样可以节省检测时间，以免所有的电路出错而导致检查时不必要的麻烦出现。5.关于对原理图的仿真，可用multisim软件或者protues软件，绘制电路板pcb图可使用altium designer软件。当然，我们只有认真学习和熟练使用后才能完成对专业学习及对一门课程进行设计和实践的要求。6.只有多次进行实践，深入地学习和分析理论，认真的了解相关软件，我们才能出色的完成这门课程对我们的要求。以上便是我对着这次课程设计的所学