函数信号发生器课程设计

1、目 录第1章 绪论11.1、课题背景11.2、设计任务和要求分析1第2章 系统设计方案22.1、基本原理分析22.2、设计方案论证和原理2第3章 硬件电路设计33.1、各分立元器件介绍33.2、单元电路设计43.3、系统硬件电路设计5第4章 电路焊接练习64.1、频率和占空比可调的波形发生器64.2、收音机7总结9参考文献10第1章 绪论1.1、课题背景在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形

2、质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波），正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学等领域内，函数信号发生器在实验和设备检测中具有十分广泛的用途。1.2、设计任务和要求分析一、主要内容： 1、电路设计：设计一个函数信号发生器；画出电路原理图； 确定元器件及元件参数。2、电路焊接练习：本次课程设计需要完成两个电路焊接任务，电路一，频率和占空比可调的波形发生器；电路二，收音机电路焊接与安装

3、。二、基本要求：1、设计一个函数信号发生器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：1）输出中心频率在2.5khz；2）信号发生器要求输出方波、正弦波、三角波，电路供电电源为。3）方波输出电压峰峰值为012v连续可调，占空比可调范围3070；4) 要给出电源电路设计2、给出设计方案，画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、有源元件给出芯片介绍。第2章 系统设计方案2.1、基本原理分析函数发生器一般是指能自动产生正弦波方波三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成，也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有生产三种或多种波形的函数发生器。

4、2.2、设计方案论证和原理 一、设计思路本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。若采用传统的直接频率合成器完成电路设计，能实现快速频率变换，而且具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。icl8038是一种单片多种信号波形发生器，它内部有一个同时产生方波和三角波的自激振荡器，波形变换电路把三角波变换成正弦波。改变方波的占空比，方波变成脉冲波，三角波变成锯齿波。所以选择采用icl8038单片压控函数发生器，改变i

5、cl8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001hz300khz。 二、总体方案框图图1 总体方框图三、基本原理由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波得到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，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曲线的非线性。第3章 硬件电路设计3.1、各分立元器件介绍 1、lm324。 lm324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算

6、放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。图2 lm324管脚连接图2、稳压管。稳压二极管(又叫齐纳二极管)是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或

7、电压基准元件使用。图3 稳压二极管的伏安特性、外形及图形符号3.2、单元电路设计 1、文氏桥电路。图4 文氏桥电路rc桥式正弦波振荡器即文氏桥振荡器。rc振荡电路可以产生特定频率的正弦波，这在很多数字系统中用来产生时钟信号，最大的优点就是成本低，而且在低频时，他的体积优势也很明显。在一个运放上，分别有正反馈和负反馈，正反馈为一个rc串并联选频网络，这也就是这个电路能产生特定频率波形的原因。2、积分器。对于积分器，用运放组成的反向积分器大家多比较熟悉，因其结构简单，比较常用，但他往往需要正负电源，使用上有一定的局限性。这里要向大家介绍一种不太常用的正向积分器，即输出电压与输入电压是同方向的，对输

8、入输出可低到地的运放，只要单电源供电，在某些应用场合，可能用得上。电路图如下：图5积分器3.3、系统硬件电路设计图6硬件电路图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，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有很多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变换成三角波；也可以首先产生三角波，再将三角波

9、转换成方波，最后转换成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。第4章 电路焊接练习4.1、频率和占空比可调的波形发生器一、电路图图7 频率和占空比可调的频率发生器二、基本原理如图所示，ic1为阈值检测器，ic2为积分器，它的输出为三角波。ic1输出正向电压使ic2输出负向三角波。当负向三角波达到某一值时其正反馈量使ic1翻转，输出变负，从而引出ic2输出为正向三角波。由此周而复始。ic1的输入偏置电压和输出饱和电压将决定三角波的幅值。本电路中的三角形输出幅值峰-峰值为1伏，并与地对称。ic3为电压跟随器，10千欧电位器提供可变的参考电压，ic3输出的参考电

10、压与ic2输出的三角波电压送比较器。改变参考电压可改变比较器输出脉冲的占空比，而且输出脉冲频率不变。调节r1可改变比较器输出脉冲频率，r1的改变使积分器积分常数变化，但它并不改变输出波形的占空比。图中元器件参数如下：r1：100k，r2：10k，r3：10k，r4：10k，r5：5.6k，c1：0.1f。三、焊接情况及总结本次焊接引脚比较多，要注意引脚的顺序和次序，在焊接过程中要做到细心和耐心。我在本次焊接中经历了重重考验，没过一会就把两个引脚焊短路了，但是我并没有慌张，通过自己的努力把问题很快就解决了。在面对焊接的时候，我的主要弱点就是速度慢，看着别的同学都完成了任务，我开始着急了，也没之前

11、认真了，导致最后的结果就是作品不合格。我检查了一下自己的电路板，根本找不出问题所在，这时我只好去助于同于，在同学们的帮助下，终于有了点希望。可是出现的图形效果却不明显，最后老师过来用手指帮我顶住了电路板上的一个焊点，效果立刻就好了，原来是我的焊点比较虚的缘故。通过这次焊接我觉得我们应该更加注重质量，要认认真真的坚持到最后，还要注意不要造成虚焊，这样会很影响电路的效果。这些问题我们都要高度重视，这样才会圆满完成任务。4.2、收音机一、电路图图8收音机原理图二、基本原理收音机是把广播电台发射的无线电波中的音频信号取出来，加以放大，然后通过扬声器还原出声音。具体讲：从天线（磁棒具有聚集电磁波磁场的能

12、力，而天线线圈是绕在磁棒上）接收到的许多广播电台的高频信号，通过输入回路（为并联谐振回路，具有选频作用）选出其中所需要的电台信号送入变频级的基极，同时，由本机振荡器产生高频等幅波信号，它的频率高于被选电台载波465khz,也送于变频级的发射极，二者通过晶体管be结的非线性变换，将高频调幅波变换成载波为465khz的中频调幅波信号。在这个变幻过程中，被改变的只是已调幅波载波的频率，而调幅波的振幅的变化规律（调制信号即声音）并未改变。变换后的中频信号通过变频级集电极接的并联回路选出载波为465khz的中频调幅信号，被送到中频放大器，放大后，再送入检波器进行幅度检波，从而还原出音频信号，然后通过低频

13、电压放大和功率放大，再去推动扬声器，还原出声音。三、焊接情况及总结收音机的零件比较多，有一些电阻在使用之前要认真地识别、判断。各个元件在电路板上都要找准位置，在焊接的过程中要注意：烙铁必须插在烙铁架中；电烙铁加热的过程中要及时给裸铜搪锡，否则会不好焊；清除烙铁上的锡，用烙铁将元件脚上的锡尽量刮除；焊接前电阻要看清阻值大小，并用万用表校核；电容、二极管要看清极性；一旦焊错要小心地用烙铁加热后取下重焊，动作要轻，如果安装孔堵塞，要边加热，边用针通；上螺丝、螺母时用力要合适，不可用力太大。 总结电子课程设计已经结束，通过这些天的学习、设计和焊接，我感触颇深，并且使我对抽象的理论有了更具体的认识。通过

14、这次课程设计，我掌握了常用元器件的识别和测试，熟悉了常用的仪器仪表，了接了电路的连接和焊接方法，以及学会了如何提高电路的性能等等。在实验过程中，我遇到了不少问题，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，把问题都一一解决，这种心情别提有多高兴了。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，我们在很多方面都存在不足，应该多加强知识方面的巩固。还有就是在实验过程中我们必须注意安全问题，不能着急，要一步一步的来。这些天的实习中，我设计了函数信号发生器的电路，通过查阅资料，与同学的探讨学习，我对模拟电子电路的应用有了更深层的认识，同时也多掌握了一些课堂上没有学到的知识。另外，电路焊接练习和收音机的组装也是比较有趣的部分。我对实际动手操作有着比较多的兴趣，对工种由陌生到熟悉，焊接技术由生疏到渐渐熟练，经历了几个小时的磨练，也小有成果，心里感觉挺有成就感的。但是没有达到预期的效果，可能是由于操作的失误和不细心，而且还不够娴熟，所以在以后的学习中，我会多练习、多实践，认真细心的做好每件事。 参考文献1 华成英，童诗白.模拟电子技术基础m. 第四