函数信号发生器课程设计报告

1、 漳州师范学院函数信号发生器姓 名：学 号：系 别：专 业：年 级：指导教师：2012 年 4 月 3 日摘要利用集成电路LM324设计并实现所需技术参数的各种波形发生电路。根据电压比较器可以产生方波，方波再继续经过基本积分电路可产生三角波， 三角波经过低通滤波可以产生正弦波。经测试， 所设计波形发生电路产生的波形与要求大致相符。关键词：波形发生器；集成运放；RC充放电回路；滞回比较器；积分电路错误！未定义书签。 . TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 系统设计 4 HYPERLINK l bookmark6 o Cur

2、rent Document 设计指标 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 方案论证与比较 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 单元电路设计5方波的设计 5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 三角波的设计 8正弦波的设计 8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3参数选择 11 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 方波电路的元件参数选择 11 HYPE

3、RLINK l bookmark26 o Current Document 4. 系统测试 11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 正弦波波形测试 11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 方波波形测试 11三角波波形测试 12 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5结果分析 12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 6工作总结 12 HYPERLINK l bookmark36 o Current D

4、ocument 7参考文献 138附录 13系统设计设计指标电源特性参数输入：双电源12V输出：正弦波Vpp1V，方波Vpp 12 V，三角波Vpp 5V，幅度连续可调，线性失真小。工作频率工作频率范围：10 HZ 100HZ ,100 HZ 1000HZ方案论证与比较方案 1：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形主要是应用集成运放LM324， 其芯片的内部结构是由4 个集成运放所组成的,通过RC文氏电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波, 并再次通过积分电路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。方案 2：采用集成运

5、放电路设计方案产生要求的波形主要是应用集成运放LM324,其芯片的内部结构是由 4个集成运放所组成的通过电压比较器可以形成方波, 方波经过积分之后可以形成三角波, 三角波再经过低通滤波可以形成正弦波, 此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能, 电路较简单, 调试方便, 相比第一方案, 其操作成功率较低.单元电路设计方波的设计原理图2.1.2 工作原理 TOC o 1-5 h z 矩 形波发 生电压 只 有 两 种 状 态 ,不 是 高 电 平,就是低电平,所以 电压比 较 器是 它 的 重 要 成 分;因为 产 生 振荡,就是要求输出的两种 状 态自动 地 相 互 转 换,所以 电 路 中

6、必须引入反馈,因为输 出 状 态 应 按 一 定 时 间 间隔 交 替 变 化,即产生 周 期 性 变化,所 以 电 路 中 要 有 延 迟 环 节 来确 定 每 种 状态维持 的 时 间 .图 所示 的 矩 形 波 放生电路,它 由 反 相 输 入的 滞回 比 较 器和 RC电 路 组 成 .RC 回路既作为 延 迟 环 节 ,又作 为反 馈 网 络 , 通 过 RC 充 放 电 实 现 输 出 状 态 的 自 动 转 换 .设 某 一 时 刻 输 出 电 压 Uo=+Uz, 则 同 相 输 入 端 电 位 Up=+Ut。Uo通过 R3对电容C 正向充电， 反相输入端电 位随时间t增 长而逐

7、 渐升高，当t趋近于无穷 时，Un趋于+Uz；但是，一旦 Un=+Ut,再稍增大，Uo就从+Uz跃变为Uz，与此同时Up从+Ut 跃变为Ut。随后，Uo 又通过R3 对 电容C 反向充电 ， 或 者 说 放 电 。 反 相 输 入 端电位 Un 随时 间 t增长 而逐渐降 低 ， 当 t趋 于 无 穷 时 ， Un 趋于 Uz；但 是 ，一旦 Un= Ut, 再稍 减 小 ，Uo 就 从 Uz跃 变 为 +Uz ，与 此同时Up 从 Ut 跃变 为 +Ut ，电 容 又开 始 正向 充 电 。 上述 过程周而复始，电路产生了自激振荡。2.3滞回比较器的电压传输特性456456+12-12Rw2

8、2.3 三角波的设计2.2.1 原理图2.4方波发生电路的波形U2DZU32.3 三角波发生电路原Title2.4 三角波发生电路的波形图SizeNum berRevisio8 BDate:7-Jun -2008Sheet ofFile:闹 学记 偶 滴 课 程设 计 改 过的 Backup of CDopraywonf BSyh: eet1.DDB 2.3 正弦波的设计 2.2.2 工作原理积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测量2.6方波 -三角波发生电路波形图系统中， 积分电路也有着广泛运用，利

9、用其充放电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生. 积分电路还可用于延时和定时。在图 2.3 所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。.U O3CCdt1UO2dtRC O2式 2.10)1U O3U O2 t1 t0U O2 t0(R4 RW )C式 2.11)式中 UO2 t0 为初始状态时的输出电压。设初始状态时UO2正好从 - UZ跃变为+UZ，则式 2.10 应写成U O31U Z t1 t0U O2 t0(R4 RW )C(式 2.12)积分电路反向积分, U O2随时间的增长线性下降，根据图2.4 所示电压传输特性，一旦U

10、O2 UT ，再稍减小，UO2将从+UZ 跃变为- UZ。使得式2.10 变为1U O31 U Z t2 t1 U O2 t1(R4 RW )C(式 2.13)UO2 t1 为 UO2产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，UO2随时间的增长线性增大，根据图2.3 的电压传输特性，一旦UO2 UT ，再稍增大, UO2将从- UZ 跃变为+U Z，回到初态，积分电路又开始反向积分。2.3.1 工作原理采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。图中采用的是简单的二阶低通滤波电路，与同相输入端电路类似，增加RC 环节，可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大，电路如图所示。输出三角波。三角波再经R

11、10、 C1 积分网络，输出近似的正弦波。3参数选择3.1 方波电路的元件参数选择3.2.1 稳压管由于要求方波输出电压约等于12V， 所以采用的稳压管的稳压约等于6V， 所以应采用6.2V 的稳压管两支。电容库房里可以提供0.1uF 的电容，所以电路里都采用0.1uF 的电容，电阻频率范围是10HZ 100HZ ,100HZ 1000HZ,根据公式f=R2/(4*R1*R3*C) 取R1=2KR2=5KR3=100RW1=5KRw2=100K经过公式计算后得到接近的电阻阻值，再把数据代入到仿真软件进行仿真调整，得到正确的波形图和数值。系统测试方波波形测试由于在电路图中方波的幅值约等于+12V

12、，所以只要电路没有出现问题，阻值选择合适，那么波形就可以出来。4.2 三角波波形测试 4.2 三角波波形测试 同样保持电路完整，接入电源，通过调节RW1可改变三角波伏值及频率，通过调整RW2使电路的周期发生变化，同时频率也发生变化。正弦波波形测试将 电源电路接入变压器使双电源输出12V，通过调节RW、1 RW2可调节正弦波的峰峰值和频率。结果分析实验结果和预先所设定的参数存在一定的误差，其中跟元器件的选择参数有关， 在电子仿真软件中的电阻参数在库房里没有相吻合的参数，其次在实验焊接过程中也可导致误差，库房所提供的电阻其本身误差较大，综合各方面的考虑，实验结果的误差不可避免，而制作出来的电路板所

13、能出现的波形，在一定程度上会出现失真现象。工作总结在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。 动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由于电路比较简单、定型， 而不是真实的生产、科研任务，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。 在实验过程中收益最大的就是懂得如何去调试电路，查找电路的缺陷和看 PCB图，通过自己动手更能对电路有更深刻的了解。7. 参考文献元件清单表附录 1 器件清单器件型号集成块LM324电阻2K1