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1、电子技术课程设计（报告）题 目： 函数信号发生器 2014年 9月 20 日目录1 函数发生器的总方案及原理框图11.1 设计内容摘要21.2电路设计原理框图21.3 电路设计方案设计22设计的目的及任务32.1 课程设计的目的32.2 课程设计任务32.3 课程设计的技术指标33 各部分电路设计43.1 方波发生电路的工作原理43.2 方波-三角波转换电路的工作原理43.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理63.4电路的参数选择及计算64 电路仿真74.1函数发生部分的仿真54.2总体电路的仿真65电路的安装与调试85.1 方波-三角波发生电路的安装与调试85.2 三角波-正弦波转换电路的安
2、装与调试85.3 总电路的安装与调试86电路的实验结果分析97 实验总结98 仪器仪表明细清单109 参考文献101函数发生器总方案及原理框图1.1设计内容摘要 函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检验中具有十分广泛的应用。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能产生矩形波、三角波、正弦波的简易发生器。通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课程设计的方案。按照设计方案选择具体的原件，搭出具体实物图，并在实验室对搭建好的实务图进行调试，观察效果并与课题的性能指标作对比。最后分析出现误差
3、的原因及影响因素1.2 电路设计原理框图函数发生部分：计数显示部分：1.3 函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方
4、波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变为正弦波或将方波变为正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课程设计中函数发生器电路组成：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滤波电路来完成。由于本电路产生的频率变化范围很小，故可以采用低通滤波的方法将三角波转换为正弦波。这样可以简化电路，简单易行。数字显示部分则采用555定时器产生1s脉冲，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。2课程设计的目的和设计的任务2.1 课程设计目的：1掌握电子系统的一般设计
5、方法2掌握模拟IC器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能力4掌握常用元器件的识别和测试5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法2.2课程设计任务： 设计方波三角波正弦波函数信号发生器2.3课程设计的要求及技术指标：1设计、组装、调试函数发生器2输出波形：正弦波、方波、三角波；3频率范围 ：在200600Hz范围内可调 ；4输出电压：方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V；5由三个数码管实时显示输出频率。关键字：运算放大、方波、三角波、正弦波、频率显示。3各组成部分的工作原理3.1 方波发生电路的工作原理 此电路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
6、，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，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo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，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。3.2 方波-三
7、角波转换电路的工作原方波三角波产生电路 工作原理如下：若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为 比较器
8、的门限宽度由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图3-71所示。a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为时，时，可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为方波-三角波的频率f为由以上两式可以得到以下结论：1. 电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。2. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波
9、的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。3.3 三角波-正弦波转换电路的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一阶低通滤波电路，实现波形转换 。将三角波按傅里叶级数展开由上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。3.4电路的参数选择及计算稳压管：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：电容采用0.1uF。电阻：频率范围是10HZ100HZ,100HZ1000HZ,根据公式f=R2/(4*R1*R3*C)取R1
10、=10KR2=5.1KR3=3.3KRW1=10KRw2=10K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 电路仿真4.1函数发生部分的仿真：仿真结果：4.2总体电路的仿真：5 电路的安装与调试5.1 方波-三角波发生电路的安装与调试：51.1安装方波三角波产生电路1. 把两块741集成块插入面包板，注意布局；2. 分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。5.1.2调试方波三角波产生电路1. 接入电源后，用示波器进行双踪观察；2. 调节电位器，使三角波的幅值满足指标要求；3. 调节电位器，微
11、调波形的频率；4. 观察示波器，各指标达到要求后进行下一部安装。5.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试5.2.1安装三角波正弦波变换电路1. 在面包板上接入滤波电路；2. 接入各电容及电阻。5.2.2调试三角波正弦波变换电路1. 依据三角波按傅里叶级数展开式，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波频率的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。但是如果三角波的最高频率超过其最低频率的三倍，低通滤波电路就无法实现波形变换了。5.3安装调试计频显示电路（数字电子模块）测量正弦波、方波、三角波的频率，利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管
12、上。下图为整体电路安装的面包板：6实验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，实验结果存在一定误差，因而导致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。7实验总结从最初的选题到写任务书到仿真再到搭电路调试，虽然为期不短但依旧感觉时间过的很快；但由一开始选题时的茫然到最后调试时慢慢步入正轨，整个过程不只是对过去学过知识的复习，更是在学以致用的过程中对所学相关知识理解的质的升华。 初期通过搜集较多的资料，从明确
13、任务到仿真都并没有出现太大的问题。如往常的实验一样，出乎意料的事往往发生在硬件上。在硬件调试的过程中出现了波形不对，频率显示与实际频率不符合等多种情况，耗费了大量的时间排查、与同学交流，最终我们还算是顺利完成了任务书的要求。通过课程设计的过程增强了自身动手实践的能力，也相应的锻炼了数电模电模块综合设计的能力，让我对电子技术课程有了更加深入的了解。8仪器仪表清单设计所用仪器及器件：1直流稳压电源 1台2双踪示波器 1台3万 用 表 1只4运 放741 3片5电位器10K 2只6电容 10F 1只 0.1F 4只77490芯片 3只8面包板 1块9.寄存器74LS194 3块10.四2输入与非门74LS00 1块11.555定时器 1块12.电阻 2K 2个 3.3K 1个 5.1K 3个 10K 3个二极管 2个稳压二极管 1个9参考文献童诗白主编模拟电子技术基础（第四版）北京：高教出版社， 2006李万臣主编模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社，2001.3胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京. 高等教育出版
