函数信号发生器课程设计之正弦波

1、华北科技学院模拟电子技术课程设计1目录目录一、概述 .2二、技术性能指标 .22.1 设计内容及技术要求 .22.2 设计目的 .32.3 设计要求 .3三、方案的选择 .33.1 方案一 .43.2 方案二 .53.3 最终方案 .6四、单元电路设计 .64.1 矩形波产生电路 .64.2 三角波产生电路 .84.3 正弦波产生电路 .10五、总电路图 .14六、波形仿真结果 .146.1 矩形波仿真结果 .146.2 三角波仿真结果 .156.3 正弦波仿真结果 .166.4 三种波形同时仿真结果 .17七、PCB 版制作与调试 .17结论 .19总结与体会 .20致谢 .20附录 1 元

2、件清单 .21附录 2 参考文献 .22华北科技学院模拟电子技术课程设计2函数信号发生器设计报告函数信号发生器设计报告一、概述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。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。例如在通信、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，把音频（低频） 、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断

3、、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。二、技术性能指标2.1 设计内容及技术要求设计并制作一个信号发生器，具体要求如下：1、能够输出正弦波、方波、三角波；2、输出信号频率范围为 110Hz，10100Hz；3、输出信号幅值：方波 Up-p=24V，三角波 Up-p=020V，正弦波 U1V；4、波形特征：方波 Tr10s（100Hz，最大输出时） ，三角波失真系数 THD2%，正弦波失真系数 THD3,有利于起振；反之当 Uo 幅值较大时，D5、D6 导通，并联支路的等效电阻下降，Rf 也下降，所以 Auf 随之下降，如果此时 Auf3，则 Uo 幅值趋于稳定。另外，采用

4、两只二极管反向并联，目的是使输出电压在正负两个半周期内轮流工作，使正半周和负半周振幅相等，这两只管子特性应相同。而 RC 串并联电路构成选频网络，同时兼作反馈环节，连接于集成运放的输出端和同向输入端之间构成正反馈，以产生正弦自激振荡。因为设计要求正弦波输出频率为 110Hz、10100Hz，所以 RC 串并联选频网络中用到了两对容抗相同的电容，以达到不同档位正弦波输出信号频率不同的要求。根据振荡器的频率，计算 RC 乘积的值，有 ofRC21华北科技学院模拟电子技术课程设计12已知给出 fo=1Hz100Hz，则 RC=1.59*10-51.59*10-2，为了使选频网络的特性不受运算放大器输

5、入电阻和输出电阻的影响，按 RiRRo 的关系选择 R 的值，为了计算方便，初选R=159.2k，则 C=100nF1uF，我们采用双层波段开关两组两支容值相差 10 倍的电容，则 C4=C5=1uF，C8=C9=100nF。选用不同的电容作为振荡频率 fo 的粗调，用同轴电位器实现 fo 的微调。每一值电容和电位器组合都可以调节一段范围，而且范围有少许交叉，故实现频率为连续可调。为了实现仿真，根据运算放大器的技术参数，并且结合经济性，运算放大器为 uA741。为了防止由于电路故障输出电压过大，在输出端并联接入两个串联的反向稳压管，且稳压管的稳定电压高于正弦波输出的最大幅值 6V，故选用稳压值

6、为 10V 的稳压管10BQ015。由于稳压管正常工作时需要串联一个分压电阻，故在输出端串联入一个 1K 的电阻。正弦波产生电路如图 8。华北科技学院模拟电子技术课程设计13图 8 正弦波产生电路因为频率，f=110Hz、10100Hz，故：RCf21，调节频率时用电容 C1、C2 调节频率范围，fCR21用滑动变阻器微调频率，所以：当时，选用 C=1uF：Hzf101kR2 .159102 .159101121361maxkR92.1515915101012162min当时，选用 C=100nF：Hzf10010kR2 .159102 .159101001021392maxkR92.1515

7、915212min为了保证电路的输出信号频率能达到要求，应该让电阻留有余地，所以选择 R=15.92k 的固定电阻和 Rw=143.28k 的滑动电阻的组合来达到调整输出信号的频率。输出时，为了防止电路由于故障输出电压太大导致负载不可逆转的损坏，在输出端并联接入了一对反向的稳压管，且稳压管的稳定电压大于输出正弦波的最大华北科技学院模拟电子技术课程设计14值。以阻值为 100K 滑动变阻器的可滑动端作为输出端，使输出电压稳定可调。五、总电路图图 9 函数信号发生器总电路图六、波形仿真结果6.1 矩形波仿真结果华北科技学院模拟电子技术课程设计15图 10 矩形波仿真图6.2 三角波仿真结果图 11

8、 三角波产生图华北科技学院模拟电子技术课程设计166.3 正弦波仿真结果图 12 正弦波仿真图图 13 正弦波失真系数华北科技学院模拟电子技术课程设计176.4 三种波形同时仿真结果图 14 三种波形仿真图七、PCB 版制作与调试1、PCB 设计。PCB 板的制作是运用 Protel 软件来绘制，利用 Protel 制板的基本流程：准备原理图，设置 PCB 设计环境，载入网络表，并纠正网络表的宏错误，布线规则设置，布线，PCB 的优化，DTC 检查，保存文件与输出。准备原理图：根椐所画的电路图，在元件库中查找到所要求的元件符号，在 Protel 中绘制出原理图，在选择元件的时候特别要注意元件的

9、封装是否符合所需的封装要求。布线设置主要设置线宽为 10mil、孔大小为 30mil，采用顶层、底层双层布线，其他为默认设置。华北科技学院模拟电子技术课程设计18布线采用双面板布线。布线原则：逻辑清晰、接线牢固、测试方便、美观大方。PCB 的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路径。焊盘一般采用圆框直径为 6mm，孔直径大小为 3mm。DTC 检查的主要任务是对先前的设计规则进行检查,查看是否有违反规则的地方,如实际线宽是否比规则设置中的最大值还大或小,是否还存在没有彻底布通的网络等。保存文件与输出是保存设计中的各种文件，并打印输出，包括 PCB 文档、元件清单等。设计工作结束。打印时

10、可以把孔打印成实心，可以自己控制孔的大小方便打孔。2、热转印，通过打印机 PCB 图打印到热转印上，然后选择大小合适的铜板，将铜板表面打磨干净之后，用带有 PCB 图的那一面同铜板贴紧，经过热转印机，温度约 120 度，转印三次，即把热转印纸上的 PCB 图转印到铜板上。3、腐蚀，腐蚀这一过程是电路板成功的关键，将腐蚀液倒入腐蚀机加热至 75 度后，将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行腐蚀，腐蚀时间约一分钟即可。拿出洗净后如果没有发现断线、短路等情况即可。 4、焊接元件，根据原理图，在 PCB 板上焊接元件。焊接时要特别注意不要出现虚焊、短路等，元件的正负极反接、错接。华北科技学院模拟电子技术课程

11、设计19图 15 PCB 板正面图 16 PCB 板反面结论此电路能够同时产生较好的正弦波和矩形波和三角波，而三种波都可调频率，矩形波、三角波和正弦波的频率分别可调且不相互影响，但是矩形波和三角波的频率时刻相同，不可分开来调节。在选择方案时，也有更简单的方案，但是考虑到仿真结果和实际器件时剔除了，最后器件的选择是根据最简原则和从经济性方面考虑的，并且此电路实现了这次设计的最终目的。但是如果用于实际，部分器件应该根据实际情况加以改变。华北科技学院模拟电子技术课程设计20总结与体会经过三周的课设，终于达到了此次课设的目的，成功的做出了函数信号信号发生器。虽说过程有点曲折，有点累，但是最后得到了理想

12、的结果，心里还是很高兴的。此次课程设计设需要有最终方案的选择，自己通过比较，仿真软件的仿真最终选择了最优的方案，经过小组成员的努力，不断地查阅资料，终于做出了满意的方案，这很好的锻炼了我们的自学能力。并且在PCB 制板和仿真过程中，也遇到了各种各样的问题，但是经过仔细的分析电路，同时与同学讨论，经过各种调试，得出了最终仿真结果。使自己的理论知识和动手能力都有了很大的提高。致谢经过三周的课设，使我们认识到，书本上的知识往往和实际不一样，只有经过自己亲自动手，才能最终的理解理论知识。在此，首先感谢学校给我们这个机会，还有就是感谢电子信息工程系所有指导老师，最后感谢冉小英指导老师，是她让我们的设计方

13、案由不完整到完整，直到最后的成功。附录 1 元件清单华北科技学院模拟电子技术课程设计21表一 元件清单元器件型号数量芯片uA7413二极管1n40012稳压管1N4742A2稳压管1N4740A2稳压管10BQ0152电解电容470uF2瓷片电容10uF1瓷片电容1uF3瓷片电容100nF2电阻20k1电阻16k1电阻15.92k2电阻15k1电阻10k5电阻1k2同轴电位器143.28k2电位器100k3电位器50k1电位器2k1双刀双掷开关1单刀三掷开关1直流电源+13V1直流电源-13V1附录 2 参考文献华北科技学院模拟电子技术课程设计221康华光主编.电子技术基础（模拟部分）第五版M.北京：高等教育出版社.2006.1.2康华光主编.电子技术基础（数字部分）第五版M.北京：高等教育出版社.2006.1.3邱关源原著.电路