信号发生器：方波 三角波 正弦波

1、电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、课程设计内容 题目：函数信号发生器要求：输出正弦波、方波和三角波，电源电压为dc 518v，利用按键控制输出波形，频率范围10020khz。注：可以采用op和专用集成电路等芯片制作。二、课程设计要求1. 综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。2. 一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。3. 课程

2、设计设计说明书（报告）应包括有： 电路工作原理分析 电路元器件参数设计计算 电路调试说明 电原理图和pcb图（必须自己画） 元器件装配图（必须自己画） 元器件清单 自己的收获和体会 要求字数不得少于3500字 要求图纸布局合理，符合工程要求，使用protel等软件绘制电原理图（sch）、元器件布局图和印制电路板(pcb)。 4. 所有的文档和表格必须采用word形式。5. 同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。6. 阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。7. 英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和pcb图）可以直接采用（pdf

3、文档中的图可放大300倍后裁剪到word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。8. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。9. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。10. 课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用word文档形式。11. 成绩评定： 按abcde分档，其中：优秀为a，良好为b，中等为c，及格为d，不及格为e。 课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。 2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，

4、符合工程要求，使用protel软件绘出原理图（sch）和印制电路板(pcb),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：（1） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练m北京：北京航空航天大学出版社，2007（2） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛制作实训m北京：北京航空航天大学出版社，2007（3） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计m北京：北京航空航天大学出版社，2006（4） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计m北京：北京航空航天大学出版社，2006（5） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作m北京：北京航空航天大学出版社，2010（6） 黄智伟等.基于ni multisim的电子电

5、路计算机仿真设计与分析m北京：电子工业出版社，2007（7） 黄智伟.印制电路板（pcb）设计技术与实践m北京：电子工业出版社，2009（8） 高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计m北京：电子工业出版社，2002（9） 吴运昌.模拟集成电路原理与应用m广州：华南理工大学出版社，2001年（10） 谭博学等. 集成电路原理及应用m北京：电子工业出版社，2003（11） 魏立军.cmos 4000系列60种常用集成电路的应用m北京：人民邮电出版社，1993（12） 杨宝清.实用电路手册m北京：机械工业出版社.2002 （13） 陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例m人民邮电出版社1996 （14）

6、 肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路m人民邮电出版社.20034课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容1. 2013.10.282013.11.8资料查找和阅读22013.11.92013.11.15电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真32013.11.162013.11.27材料购买，电路设计和pcb设计42013.11.282013.12.9pcb制作，电路元器件安装52013.12.102013.12.18作品调试62013.12.192013.12.24课程设计设计说明书写作指导教师王彦 日期： 2013年 10月 26 日目 录 摘要1第一部分 系统方案2 一、实

7、现途径的选择2 二、三角波正弦波转换电路的选择2第二部分 设计内容及要求2第三部分 硬件电路设计3 一、系统总体框图3 二、电路芯片选择3 三、方波产生电路4 四、三角波产生电路5 五、正弦波产生电路7 5.1原理分析7 5.2 仿真电路及其参数选定8 六、完整电路图10第四部分 测试方案与测试结果12 一、测试方案12 二、测试结果与分析14附录16 摘要波形函数信号发生器广泛地应用于各场所。函数信号发生器应用范围：通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域，而我设计的正是多种波形发生器。设计了多种波

8、形发生器，该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过rc电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波，三角波通过二极管开关和电阻构成的反馈通路来实现正弦波的输出。其优点是制作成本低，电路简单，使用方便，频率在一定范围内可调，具有实际的应用价值。函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。而因此电子专业的学生，对函数信号发生器的设计，仿真，制作已成为最基本的一种技能，也是一个很好的锻炼机会，是一种综合能力的锻炼，它涉及基本的

9、电路原理知识，仿真软件的使用，以及电路的搭建，既考验基础知识的掌握，又锻练动手能力。关键词：振荡电路；电压比较器；积分电路；低通滤波电路。第一部分 系统方案一、实现途径的选择 方案一：利用icl8038芯片构成8038集成函数发生器。8038集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。 方案二：由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。此方案可充分利用所学模、数电知识。综合两个方案以及个人的情况，选择方案二。二、三角波-正弦波转换电路的选择方案一：利用滤波法。将三角波展开为傅立叶级数可知，它含有基波和 3 次、5 次等奇次谐波，因

10、此通过低通滤波器取出基波，滤除高次谐波，即可将三角波转换成正弦波。这种方法适用于固定频率或频率变化范围很小的场合。 方案二：折线法是用多段直线逼近正弦波的一种方法。其基本思路是将三角波分成若干段， 分别按不同比例衰减，所获得的波形就近似为正弦波。 利用二极管开关和电阻构成反馈通路，随着输入电压的数值不同而改变电路的增益。综合考虑,结合身边拥有的现成器件，选择方案二。第二部分 设计内容及要求 内容：函数信号发生器。 要求：输出正弦波、方波和三角波，电源电压为dc 518v，利用按键控制输出波形，频率范围10020khz。注：可以采用op和专用集成电路等芯片制作。 第三部分 硬件电路设计1、 系统

11、总体框图图3.1 系统总体框图2、 电路芯片选择 方波和正弦波产生电路选用集成单运放lm318，其管脚图如下： 图3.2 lm318芯片图 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚。 三角波产生电路选用集成单运放a741，其管脚图如下： 图3.3 ua741芯片图 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚。三、方波产生电路 图3.4 方波产生电路该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管vdw1,vdw2的稳压值决定，即峰峰值在12v，所以选用稳压值为15v的稳压管。方波经积分得到

12、三角波，幅度为,由r1和rf的比值及稳压管的稳压值决定，取r1和rf的比值为2：3，试验中选取的r1为18k，rf为30k。r3为平衡电阻，阻值为r1和rf并联的值，故r3取12k，根据输出方波的幅度可以选择限流电阻r0的阻值为2k。方波和三角波的振荡频率相同，为，式中为电位器的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。可见调节rw可改变振荡频率，为使的变化范围大，输出频率在要求范围之内，故实验中选取的rw为10k。根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择合适的运放，实验中在产生三角波的时候选取的是lm318，在产生正弦波的时候选取的ua741.根据所要求的振荡频率确定r:c的

13、值，实验中选取的r2为4.7k，c为0.01uf。r4为平衡电阻，应与r2选取同样的阻值，即4.7k。四、三角波产生电路 图3-5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3.5 方波三角波产生电路由图3-5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uo1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3-6所示图3.6 方波三角波波形 a点闭合

14、，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。电路原理图： 图 3.7 三角波产生电路五、正弦波产生电路5.1原理分析折线法是用多段直线逼近正弦波的一种方法。其基本思路是将三角波分成若干段， 分别按不同比例衰减，所获得的波形就近似为正弦波。 下图画出了波形的1/4 周期，用四段折线逼近正弦波的情况。图中 uimax 为输入三角波电压幅值。 图3.8

15、折线逼近正弦波图 根据上述思路，可以采用增益自动调节的运算电路实现。利用二极管开关和电阻构成反馈通路，随着输入电压的数值不同而改变电路的增益。 在t = 0 25 段，输出的“正弦波”用此段三角波近似（二者重合），因此，此段放大电路的电压增益为1。由于t = 25 时，标准正弦波的值为sin 250.423，这里 ，所以，在t = 90 时，输出的“正弦波”的值应为 。 在t = 50 时，输入三角波的值为，要求输出电压，可得在2550段，电路的增益应为。 在t = 70 时，输入三角波的值为，要求输出电压，可得在50 70段，电路的增益应为。 在 t = 90 时 ， 输 入 三 角 波 的

16、 值 为 ， 要 求 输 出 电 压 ，可得在70 90段，电路的增益应为5.2 仿真电路及其参数选定下页图所示是实现上述思路的反相放大电路。图中二极管 d1d3 及相应的电阻用于调节输出电压0 时的增益，二极管 d4d6 及相应的电阻用于调节输出电压 0 时的增益。下面以输入电压0 ）为例来分析电路的工作原理。当输入电压时，增益为 1，要求图中所有二极管均不导通，所以反馈电阻。据此可以选定的阻值均为 1k 。 当 t = 25 50 时，电压增益为0.809 ，要求 d1 导通，则应满足，即，解出r1= 4. 236k 。 由于在t = 25 这一点，d1 开始导通，所以，此时二极管 d1

17、正极电位应等于二极管的阈值电压 vth。由图可得 式中是t = 25 时输出电压的值，即为 0.278。取= 10v，uth= 0.7v，则有解出= 25.86k 。 图 3.9 三角波转正弦波仿真图 当t = 50 70 时，电压增益为 0.514 ，要求 d1、d2 导通，则应满足（/0.809r）/r = 0.514，即，解出= 1.410k 。 由于在t = 50 这一点，d2 开始导通，则有解出= 4.136k 。 当t = 70 90 时，电压增益为 0.180，要求 d1、d2 和 d3 导通，则应满足（/0.514r）/r = 0.180，即，解出= 0.2770k 。由于在t

18、 = 70 这一点，d3 开始导通，则有 解出= 0.6431k 。六、完整电路图 电路仿真图： 图 3.10 全局电路仿真图电路原理图： 图 3.11 全局电路原理图电路pcb图：图 3.12 全局pcb图第四部分 测试方案与测试结果1、 测试方案1、经过multisim对电路进行仿真，以下是对设定增益部分的仿真截图：图4.1 方波和三角波图4.2正弦波2、 按图制作pcb图并组装好电路。实物如图： 图4.3 实物图二、测试结果与分析1、使用的主要仪器和仪表：万用表、信号发生器、示波器。2、调试电路的方法和技巧：接上电源并测试，观察是否能正常工作，产生所需波形，如若不能，应首先排查是否是电源，仪器等硬件设备的问题。如若完好，则再进行二次测试，如若还不能，则首先应排查是否是芯片的原因，最后才考虑线路的原因。3、测试波形： 图4.4 方