函数信号发生器课程设计报告

漳州师范学院《模拟电子技术》课程设计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1

函数信号发生器摘要利用集成电路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2

目录中文摘要...........................................................错误!未定义书签。1.系统设计.........................................................1.1设计指标....................................................................................41.2方案论证与比较..............................................................................42.单元电路设计......................................................2.1方波的设计..................................................................................2.2三角波的设计................................................................................2.3正弦波的设计................................................................................5883．参数选择........................................................3.1方波电路的元件参数选择.......................................................................114.系统测试.........................................................4.1正弦波波形测试..............................................................................4.2方波波形测试................................................................................4.3三角波波形测试..............................................................................1111125．结果分析........................................................6．工作总结........................................................7．参考文献........................................................8．附录............................................................3

1.系统设计1.1设计指标1.1.1电源特性参数①输入：双电源12V②输出：正弦波V>1V，方波V≈12V，三角波V≈5V，幅度连续可调，线性pppppp失真小。1.1.2工作频率工作频率范围：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ1.2方案论证与比较1.2.1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。1.2.2方案2：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.4

2.单元电路设计2.1方波的设计2.1.1原理图+12R21.3K4U132R310.5KLM324A11-12D1D2ZNRZNR2.1.2工作原理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,所以电路中必须引入反馈,5

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.6

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。图2.3滞回比较器的电压传输特性7

图2.4方波发生电路的波形2.3三角波的设计2.2.1原理图U2+12C5+12U3R4Rw3-12-12RRw2DZDZ图2.3三角波发生电路原Title2.4三角波发生电路的波形图Size8BNumberRevisiDate:File:7-Jun-2008闹学记偶滴课程设计改过的SheetofDrawnBSheet1.DDBy:456

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。.ICCRC1UdtUdtO3O2(式2.10)(式2.11)1UttUtO210O20UO3(RR)CW4O20式中Ut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U+，则式2.10应写成Z1UttUtZ10O20UO3(RR)CW(式2.12)4积分电路反向积分,UO2随时间的增长线性下降，根据图2.4所示电压传输UUO2T，再稍减小，U将从+跃变为-Z。使得式2.10变为UUO2Z特性，一旦1UO3UttUtO21(RR)CWZ21(式2.13)4O21Ut为O2产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，UO2随时间的增U长线性增大，根据图2.3的电压传输特性，一旦UUT，再稍增大,UO2将从O2-U跃变为+，回到初态，积分电路又开始反向积分。UZZ9

2.3正弦波的设计1KR80C.31uFU110R7894KLM324CC10.1uF10KR92.3.1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R10、C1积分网络，输出近似的正弦波。总的原理图R12KRW15KR22KR81K+12vR51KU14U110C20.R1u7FU1568RW27R62K3291R3100R42K10KLM324C100KC3LM324BLM324AC1110.1uFR9-12vD1D2ZENER20.1uF10KZENER210

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。4.系统测试4.1方波波形测试由于在电路图中方波的幅值约等于+12V，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。11

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。4.3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RW1、RW2可调节正弦波的峰峰值和频率。5.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能出现的波形，在一定程度上会出现失真现象。6.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悉的定型分析、定量计算逐步，元器件选择等手段计的基本方法，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。12

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器件清单器件型号个数备注集成块LM324142211132K1K电阻10K100100K变位器电容5K0.1uF6.2