函數(shù)信號發(fā)生器課程設(shè)計

1、<p><b>　　函數(shù)信號發(fā)生器</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1課題背景 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實驗、機(jī)械振動試驗、動態(tài)分析、材料試驗、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。而在我們常生活中，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號

2、是常用的基本測試信號。函數(shù)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　1.2 課題要求</b></p><p>　　涉及一個能夠輸出正弦波正弦波、方波、三角波等的信號源電路，電路自行選擇。輸出信號的頻率可通過開關(guān)進(jìn)行設(shè)定，具體要求如下：</p><p>　　輸出信號頻率范圍為1

3、00~800HZ，步進(jìn)為100HZ。</p><p>　　要求輸出新號無明顯失真，特別是正弦波信號。</p><p>　　發(fā)揮部分：進(jìn)一步擴(kuò)大輸出信號的范圍和減小步進(jìn)頻率。</p><p>　　1.4 課題設(shè)計思路</p><p>　　產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方

4、波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取?lt;/p><p>　　2 函數(shù)發(fā)生器的具體設(shè)計方案</p><p>　　2.1 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計原理</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器組成框圖，主要有RC橋式振蕩電路，過零比較器，積分器三大主要模塊電路構(gòu)成。</p><p>　　經(jīng)過RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波

5、波 ，再經(jīng)過零比較器產(chǎn)生方波，然后由積分器產(chǎn)生三角波。其總的原理設(shè)計框如圖：</p><p>　　圖1 總的原理框圖</p><p>　　2.2 正弦波產(chǎn)生電路</p><p>　　利用RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，原理如下圖所示；其中RC串并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時兼并選頻網(wǎng)絡(luò)，R1,R4,R5及二極管等原件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。</p><

6、p>　　圖2 RC橋式振蕩電路原理圖</p><p>　　調(diào)節(jié)電位器R2，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足震蕩的振幅條件和改善波形，利用兩個反向二極管D1,D2正向電阻的非線性來實現(xiàn)穩(wěn)幅。D1,D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保證輸出波形正負(fù)半周對稱。R2的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。</p><p>　　振蕩頻率：

7、 （2.1）</p><p>　　其振幅值條件： （2.2）</p><p>　　圖3 正弦波仿真圖 </p><p>　　2.3 方波產(chǎn)生電路</p><p>　　利用過零比較器產(chǎn)生方波，其原理如下圖所示，其中D1,D2決定其輸出電壓的幅值。</p><p>

8、;　　圖4 過零比較器原理圖</p><p>　　由圖可知，該電路為處于開環(huán)狀態(tài)的集成運放是一個最簡單的過零比較器。猶豫理想運放的開環(huán)增益為無窮大。因此，當(dāng)輸入信號小于零時，輸出為高電平；當(dāng)輸入信號大于零時，輸出為低電平。從示波器輸出波形可知，當(dāng)輸入為正弦波時輸出為正弦波。其中穩(wěn)壓管的作用是實現(xiàn)限幅。</p><p>　　方波的幅值為：

9、 (2.3)</p><p>　　圖5 方波仿真圖</p><p>　　2.4 三角波產(chǎn)生電路 </p><p>　　利用積分器產(chǎn)生三角波，其原理電路如下圖所示：</p><p>　　圖6 積分器原理圖</p><p>　　圖中，同相輸入端接地，由于輸入端不取電流，同相端電位為零，反相端虛地，流過

10、電容的電流與流過電阻的電流相等經(jīng)計算可知當(dāng)輸入方波時輸出為三角波。</p><p>　　三角波的幅值： （2.4）</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　圖7

11、 三角波仿真圖</p><p>　　2.5 函數(shù)信號發(fā)生器總電路圖</p><p>　　圖8 方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器 </p><p>　　可以通過調(diào)節(jié)可變電容來達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。后面產(chǎn)生的方波，三角波的頻率與正弦波的頻率保持一致，所以只要調(diào)解正弦波的頻率就能達(dá)到調(diào)節(jié)整個電路的目的。</p><p>　　當(dāng)可變電容為15

12、0nf時，它的13%對應(yīng)800HZ；15%對應(yīng)700HZ；18%對應(yīng)600HZ；21%對應(yīng)500HZ；25%對應(yīng)400HZ；34%對應(yīng)300HZ；51%對應(yīng)200HZ；99%對應(yīng)100HZ。</p><p>　　同時，積分器的電阻值和電容值可以通過正弦波的周期與峰峰值來進(jìn)行定值。</p><p>　　圖9 總電路仿真圖</p><p><b>　　實驗

13、元器件清單 </b></p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　4 心得體會</b></p><p>　　這個學(xué)期通過電子線路與信號與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。同時通過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了很多，通過實驗增強(qiáng)了我動手、思考和解決問題的能力，同時，我也對書本上的知識有了深入細(xì)致的了

14、解。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，比如一開始仿真是總是直線基本上兩天都是調(diào)處直線，真的很郁悶，同學(xué)無意識的談話讓我發(fā)現(xiàn)了自己的錯誤，回頭想想就那么簡單的原理被自己一直忽略，造成了很難調(diào)試出來，因此耗費在這上面的時間用去很多。不過這其中一次次的嘗試，一次次的摸索直到最后得到正確的輸出波形，這期間的心情真的很難說出來</p><p>　　我覺得這次課程設(shè)計我學(xué)到了很多，雖然結(jié)果可能有些失真，不過這是自己經(jīng)過

15、千辛萬苦調(diào)試出來的，對自己還是比較滿意的。還有就是對電子元器件有了一定的認(rèn)識平時學(xué)習(xí)中就是一個集成運放放大器沒有什么型號，但做實驗室時元件的型號有很多，這其中一次次的嘗試，讓我對其他的元件都有了一定程度的認(rèn)識。還有雖然只是仿真，沒有實際的制作，但接近了實際的模擬，讓我把書本中的知識穿插到試驗中，加深了對部分電路的理解。這個課程設(shè)計我用了幾乎四天的時間，其中真的想放棄，但就是在要放棄時，一個小小的圖形波動都會讓我重新恢復(fù)起來，我又會從一開

16、始努力。這次課程設(shè)計，讓我感到理論很重要的同時，實踐也很重要，否則一切都會是一紙空談。所以以后我要加強(qiáng)對課本知識的理解，學(xué)會發(fā)現(xiàn)為什么，然后去解決它。認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。我相信通過我的努力我一定更把這門課學(xué)好。</p><p>　　通過這次試驗我也認(rèn)識到，自己的才是最好的，我上網(wǎng)查了好多資料，在想要放棄的時候，

17、我也想過粘帖復(fù)制一下算了，但自己真的很不甘心，慢慢的有了思路，慢慢的看到了波形，雖然波形不那么完美，但在兩者之間我還是用了我的實驗數(shù)據(jù)。這期間雖然不那么順利，但最總我堅持下來了我認(rèn)為我是最棒的。</p><p>　　總體說來,這次實習(xí)使我受益匪淺。在付出艱辛的同時，我也所獲了屬于我的果實，真的很開心。</p><p><b>　　參考書籍</b></p>