課程設(shè)計(jì)--信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　電氣工程與信息工程學(xué)院</p><p><b>　　電子技術(shù)綜合訓(xùn)練</b></p><p>　　題 目： 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 電氣一班

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　完成日期： 2014年1月4日

3、 </p><p>　　摘要 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途?，F(xiàn)在我們通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。我們通過對(duì)電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng)濟(jì)、最方便、

4、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略。按照設(shè)計(jì)的方案選擇具體的原件，焊接出具體的實(shí)物圖，并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)焊接好的實(shí)物圖進(jìn)行調(diào)試，觀察效果并與課題要求的性</p><p>　　能指標(biāo)作對(duì)比。最后分析出現(xiàn)誤差的原因以及影響因素。</p><p>　　關(guān)鍵字：信號(hào)、參數(shù)計(jì)算、調(diào)試、誤差分析</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&

5、gt;　　1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖………………………………………………（1）</p><p>　　1.1 電路設(shè)計(jì)原理框圖…………………………………………（1）</p><p>　　1.2 電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)…………………………………………（1）</p><p>　　2設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)………………………………………………………………（2）</p>

6、<p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)的目的……………………………………………（2）</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求……………………………………（2）</p><p>　　2.3 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)………………………………………（2）</p><p>　　3 各部分電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………（3）</p>

7、;<p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理…………………………………（3）</p><p>　　3.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理…………………… （3）</p><p>　　3.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理………………… （4） </p><p>　　3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算…………………………………… （6）</p&g

8、t;<p>　　3.5 總電路圖……………………………………………………（6）</p><p>　　4 電路仿真…………………………………………………………………………（7）</p><p>　　4.1 正弦波---方波發(fā)生電路的仿真……………………………（7） </p><p>　　4.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真……………………………

9、（8）</p><p>　　5電路的安裝與調(diào)試………………………………………………………………（9）</p><p>　　5.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試……………………（9）</p><p>　　5.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試…………………（9）</p><p>　　5.3 總電路的安裝與調(diào)試…………………………

10、…………… （9）</p><p>　　5.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法………… （10）</p><p>　　6電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果…………………………………………………………………（11）</p><p>　　6.1 方波---三角波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果……………………… （11）</p><p>　　6.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)

11、換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果…………………… （11）</p><p>　　6.3 實(shí)測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法………………………（12）</p><p>　　7 實(shí)驗(yàn)總結(jié)…………………………………………………………………………（13）</p><p>　　8 儀器儀表明細(xì)清單………………………………………………………………（14）</p><p>

12、　　9 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………（15）</p><p>　　1．函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖</p><p><b>　　1.1 原理框圖</b></p><p>　　1.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等電壓波形的電路

13、或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器組成的方波—三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　產(chǎn)生方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波等等

14、。本課題采用先產(chǎn)生方波—三角波的電路設(shè)計(jì)方法，</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波。</p><p>　　2．課程設(shè)計(jì)的目的和設(shè)計(jì)的任務(wù)</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)目的</b><

15、/p><p>　　1．掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　2．掌握模擬IC器件的應(yīng)用。</p><p>　　3．培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力。</p><p>　　4．掌握常用元器件的識(shí)別和測試。</p><p>　　5．熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。</p><p>

16、<b>　　2.2設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)方波——三角波——正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　2. 運(yùn)用電子開關(guān)進(jìn)行選擇。</p><p>　　3. 幅值能夠進(jìn)行自動(dòng)擋調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.3課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1 設(shè)計(jì)制作一個(gè)

17、可輸出正弦波、三角波和方波信號(hào)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器; </p><p>　　2 輸出頻率能在100-10KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)； </p><p>　　3 輸出信號(hào)幅值在0.1-5Ｖ之間可調(diào)； </p><p>　　4 電源：220Ｖ/50HZ的工頻交流電供電；</p><p>　　5 按照以上要求設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，對(duì)設(shè)計(jì)的電路用multisi

18、m進(jìn)行仿真，用萬用板焊接元件，完成調(diào)試、測試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　　各組成部分的工作原理</p><p>　　3.1 正弦波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　此電路由RC橋式震蕩電路組成。RC回路既作為選頻網(wǎng)絡(luò)，又作為正反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，電路產(chǎn)生了自激振蕩。只要為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)匹配一個(gè)電壓放大倍數(shù)大于三的放大電路就

19、可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，考慮到起震條件，所選放大電路的電壓放大倍數(shù)應(yīng)大于三，且所選放大電路應(yīng)具有可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻，以減小放大電路對(duì)選頻特性的影響，使震蕩頻率幾乎僅僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　3.2 正弦波轉(zhuǎn)方波電路</p><p>　　運(yùn)用電壓比較器實(shí)現(xiàn)正弦波轉(zhuǎn)換為方波，如圖所示，其閥值電壓Ut=0V，集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓為+Uom與-Uom，

20、當(dāng)輸入電壓u小于0V時(shí)，Uo=+Uom;當(dāng)輸入電壓大于0v時(shí)，Uo=-Uom。為了滿足負(fù)載的需要，常在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路從而獲得合適的Uol與Uoh。</p><p>　　3.3方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p><b>　　三角波產(chǎn)生電路</b></p><p><b>　　工作原理如下：</b&

21、gt;</p><p>　　若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平

22、Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為</p><p>　　若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為</p><p><b>　　比較器的門限寬

23、度</b></p><p>　　由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。</p><p>　　a點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為　</p><p><b>　　時(shí)，</b></p><p><b>　　時(shí)，<

24、;/b></p><p>　　可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波。 </p><p>　　3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算</p><p>　　1.正弦波中電容C變化（關(guān)鍵性變化之一）</p><p>　　實(shí)物連線中，我們一開始很長時(shí)間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時(shí)可出來波形）換成0.01uf時(shí)，順利

25、得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　由于電路中正弦波的變化范圍是0HZ—10Khz,根據(jù)f=1/（2*3.14*RC），取C=10nf，得R的變化范圍是0—160kΩ，所以變化R3與R4的阻值，從而實(shí)現(xiàn)頻率的變化。</p><p>　　2.正弦波-方波部分</p><p>　　由于實(shí)現(xiàn)時(shí)要求幅值可

26、調(diào)，所以在產(chǎn)生方波時(shí)對(duì)于幅值的要求不高，所以選擇電壓比較器與穩(wěn)壓管共同作用是使幅值穩(wěn)定，我們選擇IN4732穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓。</p><p>　　3.方波-三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　方波輸入時(shí)，其幅值是一定的，所以選擇積分電路來實(shí)現(xiàn)三角波的產(chǎn)生。在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電容值為100nF時(shí)，三角波最穩(wěn)定，且失真較小。</p><p><b>　　3.5

27、總電路圖</b></p><p>　　3.6 發(fā)揮部分設(shè)計(jì)</p><p>　　由于實(shí)現(xiàn)能夠在這三種信號(hào)中通過電子開關(guān)進(jìn)行選擇，電子開關(guān)由按鍵控制，并且能夠?qū)x擇的信號(hào)用發(fā)光二極管指示。所以我們選擇按鍵控制脈沖的產(chǎn)生，使74LS161進(jìn)行編碼，由與非門芯片74LS00確定其進(jìn)制。從而使八選一模擬開關(guān)進(jìn)行工作，選擇不同的通道進(jìn)行輸出其不同端口的信號(hào)。從而可以實(shí)現(xiàn)基本部分的全部功能

28、。</p><p><b>　　電路圖：</b></p><p><b>　　4． 電路仿真</b></p><p>　　4.1 正弦波---方波發(fā)生電路的仿真</p><p>　　4.2方波電路的仿真</p><p>　　4.3三角波電路的仿真</p><

29、;p>　　5 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　5.1 正弦波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1.安裝正弦波產(chǎn)生電路</p><p>　　1. 把一塊LM324集成塊插入面包板，注意布局；</p><p>　　2. 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；</p><p>　　3. 按圖接線

30、，注意直流源的正負(fù)及接地端。</p><p>　　2.調(diào)試正弦波產(chǎn)生電路</p><p>　　1. 接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；</p><p>　　2. 調(diào)節(jié)電阻，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；</p><p>　　3. 調(diào)節(jié)電阻，微調(diào)波形的頻率；</p><p>　　4. 觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部

31、安裝。</p><p>　　5.2 正弦波---方波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1.按裝正弦波——方波變換電路</p><p>　　1. 在面包板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線；</p><p>　　2. 搭生成直流源電路，注意R*的阻值選??；</p><p>　　3. 接入各電容及電位器，

32、注意電容C的選取；</p><p>　　4. 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。</p><p>　　2.調(diào)試正弦波——方波變換電路</p><p>　　1. 接入直流源后，把C4接地，利用萬用表測試差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；</p><p>　　2. 測試V1、V2的電容值，當(dāng)不相等時(shí)調(diào)節(jié)RP4使其相等；</p><

33、p>　　3. 測試V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；</p><p>　　4. 在C4端接入信號(hào)源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記入其最大不失真電壓；</p><p>　　5.3 總電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1. 把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測試、觀察</p><p>　　2. 針對(duì)各階段出現(xiàn)

34、的問題，逐各排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使</p><p>　　正弦波的峰峰值大于1V。</p><p>　　5.4調(diào)試中遇到的問題及解決的方法</p><p>　　正弦波-方波-三角波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的,在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)通常按照單元電路的先后順序分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。</p><p>　　在波形進(jìn)行輸出時(shí)，由于LM324的帶負(fù)

35、載能力較差，所以我們一般在輸出時(shí)加入電壓跟隨器。</p><p>　　且在方波的產(chǎn)生電路中，我們進(jìn)行了改進(jìn)，從而提高電路的帶載能力與穩(wěn)定性。</p><p><b>　　6電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　6.1 正弦波---方波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　6.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

36、</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</b></p><p>　　6.3 實(shí)測電路波形、誤差分析及改進(jìn)方法</p><p>　　將C6替換為由兩個(gè).1uF串聯(lián)或直接拿掉, </p><p>　　C1=0.01uF U=54mv

37、 Uo=2.7v >1v</p><p>　　C1=0.01uF U=54mv Uo=2.8v>1v</p><p>　　Xc=1/W*C,當(dāng)輸出波形為高頻時(shí)，若電容C6較大，則Xc很小，高頻信號(hào)完全被吞并，無法顯示出來。</p><p>　　又在輸出時(shí)，波形產(chǎn)生了失真，為了減小這個(gè)誤差，我們提高了輸

38、入電阻，從而提高其分壓能力。</p><p>　　6.4 正弦波---方波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　由于方波的產(chǎn)生電路運(yùn)用了穩(wěn)壓管，所以我們?cè)谳敵鰰r(shí)提高其穩(wěn)定性即可，所以我們?cè)谳敵黾?jí)加入高電平提高其電壓等級(jí)。</p><p><b>　　7．實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　為期三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)

39、束，在這三星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、焊接過程中我感觸頗深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在接好電路后測試出波形的那種喜悅。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過程中，我們遇到了不少的問題。比

40、如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學(xué)的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啊。實(shí)驗(yàn)中暴露出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識(shí)還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)在令我感動(dòng)。</p><p>　　還有就是在實(shí)驗(yàn)中，好多同學(xué)被電烙鐵燙傷了，這不得不讓我想起安全問題，所以在以后的實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)該注意安全，讓不必要的傷害減至最少。</p><p&g

41、t;　　還有值得我們自豪的一點(diǎn)就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術(shù)啊，最后用一句話來結(jié)束吧。</p><p>　　“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。與君共勉。 </p><p><b>　　8．儀器儀表清單</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)所用儀器及器件</b></p><p>　

42、　1．直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)</p><p>　　2．雙蹤示波器 1臺(tái)</p><p>　　3．萬 用 表 1只</p><p>　　4．運(yùn) 放324 2片</p><p>　　5．電位器50K 2只 </p><

43、;p>　　100K 1只</p><p>　　100Ω 　1只</p><p>　　6．電 容470μF 3只</p><p>　　10μF 1只</p><p>　　1μF 1只</p><p>　　0.1μF

44、 2只</p><p>　　0.01μF 1只</p><p>　　7．三極管9013 4只</p><p>　　8．面　包　板 1塊</p><p>　　9．剪　　　刀　　　　　?。卑?lt;/p><p>　　10．儀器探頭線

45、 2根</p><p>　　11．電 源 線 4根</p><p>　　12.74LS161 2片</p><p>　　13.HCF4051 2片</p><p>　　14.CD4511 2片</p><p

46、>　　15.74LS00 2片</p><p>　　16.按 鍵 2只</p><p><b>　　9．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　童詩白主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）．北京：高教出版社， 2001</p><p>　　閻石主編． 數(shù)字電子