函数发生器的设计说明

./工学08-I《电子技术课程设计》报告函数发生器的设计专业：班级：__学号：指导.目录TOC\o"1-1"\h\u275731设计任务要求1104462方案比较1309563.单元电路设计2154274.元件选择6146795.整体电路716026.总结与体会8181027.参考文献9.1设计任务要求1.设计一个函数发生器,可产生方波,三角波,正弦波信号。2.频率与幅度可以调节。3.方波占空比可以调节。2方案比较2.1第一种方案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点稳定,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。能实现频率可调的指标要求,且能实现一定X围内的幅度调节。如图一所示：图1函数发生器电路组成框图2.2第二种方案采用DDS作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案,选用了AD9850芯片,并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字,再经放大后加至以数字电位器为核心的数字衰减网络,从而实现了信号幅度、频率、类型以与输出等选项的全数字控制。2.3第三种方案首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波,然后由积分电路将方波转化为三角波,最后用低通滤波器将方波转化为正弦波,但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形,因为负载的变动将拉动波形的崎变。如图二所示：图2方波、三角波、正弦波信号发生器的原理框图2.4函数发生器方案选择方案一,关于三角波的缺陷,不是能很好的处理,且波形质量不太理想,且频率调节不如方案三简单方便；方案二,知识所限,复杂；方案三的电路结构、思路简单,运行时性能稳定且能较好的符合设计要求,且成本低廉、调整方便,关于输出正弦波波形的变形,可以通过可变电阻的调节来调整。综上所述,我们选择方案三。单元电路设计3.1由555定时器产生方波当电容C1被充电时,2和6引脚的电压都上升,此时二极管D1导通,接通+12V电源后,电容C1被充电,Vc上升,当Vc上升到2Vcc/3时,触发器被复位,同时放电BJTT导通,此时输出电平Vo为低电平,电容C1通过R2和T放电,使Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时,触发器又被置位,Vo翻转为高电平。电容器C1经R2,R3,他们此时所分的总阻值为R1向电容C1放电,当C1放电结束时,T截止,Vcc将通过R1、R2所分得的阻值为R3向电容器C2充电,当Vc上升到2Vcc/3时,触发器又发生翻转,如此周而复始,在输出端就得到了一个周期性的方波,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端Vo输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个稳态过程,电容C开始充电,Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出Vo从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳定,为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图4。图3方波产生电路图4电路的电压波形图3.2方波-三角波转换图5三角波的产生电路当741很大时,运放两输入端为"虚地",忽略流入放大器的电流,令输入电压为Vi输出为Vo,流过电容C的电流为i1则有即输出电压与输入电压成积分关系。当为固定值时。上式表明输出电压按一定比例随时间作直线上升或下降。当为矩形波时,便成为三角波。3.3三角波-正弦波转换的电路设计分析表明,传输特性曲线的表达式为：Ic=I/[1+exp<-Uid/UT>]I是差分放大器的恒定电流；UT是温度的电压当量,当室温为25摄氏度时,UT≈26mV。如果Uid为三角波,设表达式为Uid<t>=[4*Um*<t-T/4>]/T<0<=t<=T/2>Uid<t>=[-4*Um*<t-3*T/4>]/T<T/2<=t<=T>式中Um是三角波的幅度；T是三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波,有三个条件：〔1〕传输特性曲线越对称,线性区越窄越好；〔2〕三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区；〔3〕图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中R5调节三角波的幅度,R9调整电路的对称性,其并联电阻R10用来减小差分放大器的线性区。电容C5为隔直电容,C8为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。隔直电容C5要取得较大,因为输出频率很低,取c5=500微法,滤波电容视输出的波形而定,若含高次斜波成分较多,c6,c7可取得较小,一般为几十皮法至0.01微法。R9=100欧与R10=100欧姆相并联,以减小差分放大器的线性区。图6正弦波的产生电路元件选择本电路采用555定时器,555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型〔TTL〕工艺制作的称为555,用互补金属氧化物〔CMOS〕工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压X围宽,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。它不仅用于信号的产生和变换,还常用于控制和检测电路中。555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器与施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器引脚功能：1脚：外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo。4脚：是直接清零端。当此端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为"0",该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。6脚：高触发端TH。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC,双极型时基电路VCC的X围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的X围为3~18V。一般用5V。555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、由两个与非门G1和G2组成的基本RS触发器〔低电平触发〕、放电三极管T以与输出反相缓冲器G3组成。555定时器的内部电路框图与逻辑符号和管脚排列分别如图7所示。图7555定时器逻辑符号和管脚排列整体电路5.1总电路图图8总电路图5.2电路仿真图9方波的仿真图图10三角波仿真波形图图11正弦波仿真波形6.总结与体会为期两个星期的课程设计已经结束,在这两星期的学习、设计过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计,我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；通过对函数信号发生器的设计,我们还深刻认识到了"理论联系实际"的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计,我们不但知道了以前不知道的理论知识,而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识,明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以与调试过程中,我们感觉调试部分是最难的,因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数,我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程,没有经验是不可能在短时间内将其完成的,而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！在实验过程中,我们遇到了不少的问题。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,把问题一一解决,那种心情别提有多高兴啦。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,老师们不厌其烦地为我们调整波形,讲解知识点。最后用一句话来结束吧："实践是