電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．設(shè)計(jì)題目- 1 -</p><p>　　二．設(shè)計(jì)要求- 1 -</p><p>　　三．題目分析- 1 -</p><p>　　1．方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案- 1 -</p><p>　　1.1 方案一原理框圖-

2、1 -</p><p>　　1.2方案二原理框圖- 1 -</p><p>　　1.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案- 2 -</p><p>　　2．各組成部分的工作原理- 2 -</p><p>　　2.1 方波發(fā)生電路的工作原理- 2 -</p><p>　　2.2 方波--三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理- 3 -&

3、lt;/p><p>　　2.3三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理- 4 -</p><p>　　四．整體構(gòu)思- 4 -</p><p>　　五．具體實(shí)現(xiàn)- 5 -</p><p>　　1. Multisim 11.0進(jìn)行電路仿真- 5 -</p><p>　　1.1輸出方波電路的仿真- 7 -</p>

4、<p>　　1.2方波—三角波電路的仿真- 7 -</p><p>　　1.3方波—正弦波電路的仿真- 8 -</p><p>　　1.4 波形匯總- 8 -</p><p>　　2. Altium Designer Summer 09畫電路板- 9 -</p><p>　　六．各部分定性說明以及定量計(jì)算- 10 -&

5、lt;/p><p>　　七．設(shè)計(jì)心得體會(huì)- 11 -</p><p>　　九．參考文獻(xiàn)- 12 -</p><p>　　一．設(shè)計(jì)題目：信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　二．設(shè)計(jì)要求：可以產(chǎn)生正弦波、三角波和方波；輸出頻率和幅度可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；頻率穩(wěn)定度較高。設(shè)計(jì)完成后可以利用示波器測(cè)量出其輸出頻率的上限和下限，還可以進(jìn)一步測(cè)出其輸出電

6、壓的范圍。 </p><p><b>　　三．題目分析：</b></p><p>　　1．方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案</p><p>　　1.1 方案一原理框圖</p><p>　　圖1 方波、三角波、正弦波、信號(hào)發(fā)生器的原理框圖</p><p>　　首先由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方

7、波，然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，但這樣的輸出將造成負(fù)載的輸出正弦波波形變形，因?yàn)樨?fù)載的變動(dòng)將拉動(dòng)波形的崎變。</p><p>　　1.2方案二原理框圖</p><p>　　圖2 正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖</p><p>　　RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波—方波—三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)

8、計(jì)方法，電路框圖如上。先通過RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號(hào)。但經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號(hào)，存在難度。原因是積分器電路的積分時(shí)間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同時(shí)改變。若要保持三角波幅度不變，需同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小。</p><p>　　1.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案</p>

9、;<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、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(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)，本課題未采用單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038。</p><p>　　方案一的電路結(jié)構(gòu)、思路簡(jiǎn)

10、單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)要求，且成本低廉、調(diào)整方便，關(guān)于輸出正弦波波形的變形，可以通過可變電阻的調(diào)節(jié)來調(diào)整。而方案二，關(guān)于三角波的缺陷，不是能很好的處理，且波形質(zhì)量不太理想，且頻率調(diào)節(jié)不如方案一簡(jiǎn)單方便。綜上所述，我們選擇方案一。</p><p>　　2．各組成部分的工作原理</p><p>　　2.1 方波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　圖3

11、 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器</p><p>　　利用555與外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生方波的原理。</p><p>　　用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖3所示。接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)電容C2上端電壓Vc升到2Vcc/3時(shí)使555第3腳V0為低電平，同時(shí)555內(nèi)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C2通過R2、Rp放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C

12、2放電所需的時(shí)間為</p><p>　　tpL= ( R2 +Rp) C2ln2 (3-1) 當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過R1、R2、Rp 向電容器C2充電，Vc由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的時(shí)間為</p><p>　　tpH= (R1+R

13、2+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R2+ Rp) C2 (3-2) </p><p>　　當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其震蕩頻率為</p><p>　　f=1/（tpL+tpH）=1.43/(R1+2R2+2Rp) C2

14、(3-3) </p><p>　　2.2 方波--三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖4 積分電路產(chǎn)生三角波</p><p>　　RC積分電路是一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用積分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。此外，RC積分電路還可以用于延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生或變換。</p><p>　　由555定時(shí)器組成的

15、多諧振蕩器輸出的方波經(jīng)C4耦合輸出，如圖4所示為RC積分電路，再經(jīng)R與C積分，構(gòu)成接近三角波。其基本原理是電容的充放電原理。 </p><p>　　2.3三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖5 三角波產(chǎn)生正弦波原理圖</p><p>　　原理：采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。</p>&

16、lt;p><b>　　四．整體構(gòu)思：</b></p><p>　　通過以上分析及方案的選擇，設(shè)計(jì)如下電路圖實(shí)現(xiàn)功能：</p><p>　　圖6 函數(shù)發(fā)生器總電路圖</p><p>　　總電路圖的原理：555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時(shí)電容，C2的充電回路是R1→RP→R2→C2；C2的放電回路是C2→R2→RP→IC的7腳(放

17、電管)。由于R2+RP》R1，所以充電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對(duì)稱方波。按圖所示元件參數(shù)，其頻率為500Hz左右，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號(hào)經(jīng)R3、C4積分網(wǎng)絡(luò)后，輸出三角波。三角波再經(jīng)R4、C5、R5、C6低通濾波電路，輸出近似的正弦波。C7是電源濾波電容。發(fā)光二極管LED1用作電源指示燈。 </p><p><b>　　五．具體實(shí)現(xiàn)：</b&g

18、t;</p><p>　　1. Multisim 11.0進(jìn)行電路仿真</p><p>　　用Multisim11電路仿真軟件進(jìn)行仿真。從Multisim11仿真元件庫(kù)中調(diào)出所需元件，按電路圖接好線路，方波輸出端接一個(gè)虛擬的示波器。仿真電路截圖如下：</p><p>　　圖7 函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖</p><p>　　1.1輸出方波電路的仿真

19、</p><p>　　接通電源后，可得如圖8所示的輸出方波仿真圖。</p><p>　　圖8 輸出方波電路的仿真</p><p>　　1.2方波—三角波電路的仿真</p><p>　　方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖9所示的方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖。</p><p><b>　　(a)</b>

20、</p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖9 方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖（a）方波，（b）三角波</p><p>　　1.3方波—正弦波電路的仿真</p><p>　　方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖10所示的三角波轉(zhuǎn)正弦波波形仿真圖。</p><p>　　圖10 三角波

21、轉(zhuǎn)正弦波形圖</p><p><b>　　1.4 波形匯總</b></p><p>　　在電腦上仿真出最終三個(gè)波形如下圖11所示。</p><p>　　圖11 同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)波形</p><p>　　仿真結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求，說明電路圖可行。</p><p>　　2. Altium Designer

22、 Summer 09畫電路板</p><p>　　2．1 下面是用Altium Designer Summer 09軟件畫電路板的原理圖和實(shí)際布線圖。</p><p><b>　?。╝）PCB原理圖</b></p><p><b>　?。╞）pcb布線圖</b></p><p>　　（c）打印輸出

23、pcb背面布線圖</p><p>　　圖11 Altium Designer Summer 09畫電路板</p><p>　　六．各部分定性說明以及定量計(jì)算：</p><p>　　由前面的方案分析，其震蕩頻率為f=1/（tpL+tpH）=1.43/(R1+2R3+2Rp) C2 帶入各個(gè)數(shù)值，可得其頻率的范圍為179Hz—714 Hz 。

24、 </p><p><b>　　七．設(shè)計(jì)心得體會(huì)：</b></p><p>　　通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，使我對(duì)模電，數(shù)電的基本知識(shí)的使用更加熟練，同時(shí)也增加了我對(duì)它們的一些認(rèn)識(shí)，在作業(yè)完成過程中通過和同學(xué)的交流，也增加了合作的技巧。通過查閱以下資料也學(xué)到了一些課本上沒有的東西，拓寬了自己的知識(shí)面，增加了學(xué)好電子方面課程的信心。 </p><

25、p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，我真正體會(huì)到了合作的重要性，遇到很多問題時(shí)，當(dāng)我看書查資料不能解決時(shí)，這是去找同學(xué)討論一下，收獲很大，可以使很多問題迎刃而解，直到問題最終解決。</p><p>　　不可否認(rèn)，本設(shè)計(jì)存在不少缺點(diǎn)和不足，但通過這次課程設(shè)計(jì)的卻找出了自己在學(xué)習(xí)上的不足，對(duì)以后的工作也有指導(dǎo)作用。我相信在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)克服這些不足，使自己的設(shè)計(jì)能力進(jìn)一步提高！</p><p>&