毕业设计（论文）信号发生器设计

1、南宁师范高等专科学校毕业论文（设计）南宁师范高等专科学校毕业论文（设计）题 目 信号发生器的设计 专 业 通信技术 班 级 姓 名 指导教师姓名 职称 助教 起止日期 2007.9.5-2007.11.25 南宁师范高等专科学校毕业论文（设计）任务书专业及班级： 通信技术053班 学生姓名： 题 目： 信号发生器的设计 上交报告（论文）日期： 2007 年 11 月 25 日答辩日期： 年 月 日指导教师： 2007 年 9 月 3 日签发 南宁师范高等专科学校毕业论文（设计）目 录引言11 方案论证与比较11.1 系统功能分析11.2 方案论证11.3 方案比较12 icne555组成的信号

2、发生器42.1 方波产生电路42.2 三角波产生电路52.3 正弦波产生电路52.3 三种波形产生的流程图63 icne555的结构与内部工作原理63.1 icne555的引脚功能及内部框图63.2 ne555的内部电路原理图8参考文献10附录（三种波形的实验图象及元件介绍）11摘 要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。本系统以icne555集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。icne555是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.02hz20khz的低失真正弦波、三

3、角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。关键词 icne555 函数信号发生器 正弦波 三角波 矩形波 引言在实践中，广泛采用各种类型的信号产生电路，就其波形来说，可能是正弦波或非正弦波。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，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。1 方案论证与比

4、较1.1 系统功能分析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。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案。1.2 方案论证方案一采用由积分器，施密特触发器，四模拟电子开关和反相放大器等组成的可产生四种波形的多波形发生器。电路的转换系数约为2khz/v，如果改变输出的波形的频率，可通过改变积分电容来实现，因为vin的大小决定输出波形的频率。方案二:采用icl8038单片压控函数发生器，icl8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变icl8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001hz300khz。方案三采用由运算放大器a1、a2，基

5、本r-s触发器f1、f2、反向器f3、放电晶体管vt1、分压电阻r1r3构成的icne555集成块来构成一个函数信号发生器。1.3 方案比较方案一：电路中ic1、ic2、采用单bimos运放ca3130，前者与rc元件组成积分器，后者为1：1反相放大器。ic3（555）接成施密特触发器。四模拟电子开关cd4066由ic3的输出控制，使k1k4通、断。ic1积分器输出三角波v01，当其值超过2/3vdd时，555的3脚输出低电平，使k1、k3、k4断开，而k2接通；当积分电压v01降至1/3vdd时，k2断开，k1、k3、k4接通。ic2运放是11反相放大器。本电路的转换系数约为2khz/v，如

6、果改变输出的波形的频率，可通过改变积分电容来实现，因为vin的大小决定输出波形的频率。电路图如上图1所示，此电路复杂，调试时有点困难且产生波形的频率不好把握。方案二电路原理图如图2所示。函数发生器icl8038的电路结构共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为is1和is2，且is1=i，is2=2i；两个电压比较器和的阈值电压分别为2.5v和7.5v，它们的输入电压等于电容两端的电压uc，输出电压分别控制rs触发器的s端和r端；rs触发器的状态输出端q和用来控制开关s，实现对电容c的充、放电；充点电流is1、is2的大小由外接电阻决定。当is1=is2时，输出三角波，否则为矩齿波。两个缓冲放

7、大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。方案三：由icne555组成的函数信号发生器如图3所示。555定时器接成多谐振荡器工作形式，c2为定时电容。方波信号经r4、c5积分网络后，输出三角波。三角波再经r5、c6积分网络，输出近似的正弦波。此电路结构简单，调试方便且所需元件易见。综合以上三种方案的初步比较与介绍，本设计选择三号方案。2 icne555组成的信号发生器电路图如上图3所示。本电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出。工作原理：电路原理如图3所示。555定时器接成多谐振荡器工作形式，c2为定时电容

8、，c2的充电回路是r2r3rpc2；c2的放电回路是c2rpr3ic的脚（放电管）。由于r3+rpr2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等。ic的脚输出的是近似对称方波。按图3所始元件参数，其频率为1khz左右，调节电位器rp可改变振荡器的频率。方波信号经r4、c5积分网络后，输出三角波。三角波再经r5、c6积分网络，输出近似的正弦波。2.1 方波产生电路方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。基本电路图如图4所示，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由rf、c组成的积分电路，把输出电压经rf、c反

9、馈到集成运放的反相端。2.2 三角波产生电路 在方波发生器中，当迟滞比较器的阈值电压数值较小，可将电容两端的电压看成为近似三角波。如果用线性积分器电路来代替rc积分电路，则电容电压器uc为理想的三角波。由图6可见，比较器a1的输出电压uo1作为积分器a2的输入信号，通过周而复始，产生振荡。uo1为方波信号，u0为三角波信号。2.3 正弦波产生电路从结构上来看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。图5表示接成正反馈时，放大电路在输入信号xi=0时的方框图，改画一下，便得图5。当两个电路有意地构成正反馈以满足相位平衡和振幅平衡条件时，便形成自激以产生正弦信号。2.3 三

10、种波形产生的流程图由以上介绍可看出icne555产生三种波形的流程图就如6所示。三种波形的实验图形见附录。3 icne555的结构与内部工作原理 3.1 icne555的引脚功能及内部框图如图7所示，555由运算放大器a1、a2，基本r-s触发器f1、f2、反向器f3、放电晶体管vt1、分压电阻r1r3构成。a1、a2接成电压比较器，因r1=r2=r3，所以val、bo点电位分别为2/3vcc、1/3vcc作为比较器的基准电压，该电压分别称为触发电平和阈值电平。脚的输入电压vi与val进行比较，当vival时，a1输出为“0”；当vibo时，a2输出为“1”；vibo时，a2输出为“0”。脚为

11、复位脚，低电平有效。若脚接vdd，当a1输出为“0”时，r-s触发器翻转为f1=1、f3=0，即脚输出低电平；当a2输出为“0”时，f2输出为1，f1输出为“0”，f3反相为高电平。555使用最多的总是与外接电容发生充、放电过程，因此设置了放点开关管vt1，f1输出为“1”时，vt1饱和导通使脚接地而形成放电通路。ne555为8脚时基集成电路。ne555时基电路封形式有两种，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555属于cmos工艺制造。 各管脚主要功能：1地 g

12、nd 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压vcc 3.2 ne555的内部电路原理图 ne555时基电路封形式有两种，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555属于cmos工艺制造，下面我们将对其进行介绍。 图8是ne555的外形图，图9是它的内部功能原理框图，图3是它的内部等效电路。ne555的内部中心电路是三极管q15和q17加正反馈组成的rs触发器。输入控制端有直接复位reset端，通过比较器a1，复位控制端的th、比较器a

13、2置位控制的t。输出端为f，另外还有集电极开路的放电管dis。它们控制的优先权是r、t、th。ne555的封装形式如图8所示。图84 结论 通过本篇论文的设计，使我们对iclne555的工作原理有了本质的理解，掌握了iclne555的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用iclne555制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。 参考文献1朱定华，陈林，吴建新编著.电子电路测试与实验m.北京:清华大学出版社，2004.38-39.2王卫东，傅佑麟编著.高频电子电路m.北京:电子

14、工业出版社，2004.135-138.3康华光，陈大钦编著.模拟电子技术基础（第四版）m.北京：高等教育出版社，1999.394-426.4傅丰林.模拟电子技术基础m.西安:西安电子科技大学出版社,1995.5席德勋.现代电子技术m.北京:高等教育出版社,1999.6童诗白.模拟电子技术基础（第2版）m.北京:高等教育出版社,1998.附录（三种波形的实验图象及元件介绍）期间代号vdr1c1rpc2r2r3c3c4r4c5r5c6r6c7数值51010020k0.011k62k0.011010k0.4710k0.110k0.1 表 112致 谢在这次论文设计中，一开始是那么是无助，因为自己一点儿材料也找不着，也导致自己无从着手自己的论文，那是心急如焚啊。最终在指导老师的帮助下，顺利的得到了相