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1、 路则法-2902230674方波-三角波-正玄波函数发生器设计目 录1 函数发生器的总方案及原理框图1.1 电路设计原理框图 1.2 电路设计类型2 设计的目的及任务2.1 课程设计的目的2.2 课程设计的任务与要求2.3 课程设计的技术指标3部分选择电路及其原理3.1 集成函数发生器 8038 简介.2 方波-三角波转换电路的工作原理4 电路仿真4.1 方波-三角波发生电路的仿真4.2 三角波-正弦波转换电路的仿真4.3 正弦波-方波-三角波电路输出5 电路的原理5.1 电路图及元件原理5.2 电路各部分作用5.3 总电路的安装与调试6 心得体会8 仪器仪表明细清单9 参考文献1函数发生器
2、总方案及原理框图一、主原理框图1.1 555 定时器的工作原理 555 定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图 22.32 所示。555 定时器有二个比较器 A1 和 A2，有一个 RS 触发器，R 和 S 高电平有效。三极管VT1 对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管 VT2 是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个 5kW 电阻组成的分压器，由此可以获得 和 两个分压值，一般称为阈值。555 定时器的 1 脚是接地端 GND，2 脚是低触发端 TL，3 脚是输出端 OUT，4 脚是清除端 Rd，5 脚是电压控制端 CV，6 脚是高触发端 T
3、H，7 脚是放电端DIS，8 脚是电源端 VCC。555 定时器的输出端电流可以达到 200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。2、单稳类电路 单稳工作方式，它可分为 3 种。见图示。第 1 种（图 1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2 个不同的单元，并分别以 1.1.1 和 1.1.2 为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。第 2 种（图 2）是脉冲启动型单稳，也可以分为 2 个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从 2 端输入。1.2.1 电
4、路的 2 端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2 电路则带有一个 RC 微分电路。第 3 种（图 3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起见，我们只把它分为 2 个不同单元。不带任何辅助器件的电路为 1.3.1；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为 1.3.2。图中列出了 2 个常用电路。1.2 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
5、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，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。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，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：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
6、，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。2课程设计的目的和设计的任务2.1 设计目的1掌握电子系统的一般设计方法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 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、要有稳定的输出波形。4、频率范围： 100HZ1kHZ, 1HZ10k
7、HZ；输出电压： 方波 VP-P24V , 三角波 VP-P6V；波形特性： 方波 tr30s(1KHZ ,最大输出时)，三角波 23、部分选择电路及其原理1、集成函数发生器 8038 简介18038 的工作原理由手册和有关资料可看出，8038 由恒流源 I1、 I2，电压比较器 C1、C 2和触发器 等组成。其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图 XX_01 和图 XX_02 所示。1. 正弦波线性调节；2. 正弦波输出；3. 三角波输出；4. 恒流源调节；5. 恒流源调节；6. 正电源；7. 调频偏置电压；8. 调频控制输入端；9. 方波输出（集电极开路输出）； 10. 外接电容；11.
8、 负电源或接地；12.正弦波线性调节；13、14. 空脚2. 如图所示为采用 8038 的函数发生电路。采用集成电路芯片 8038 构成的函数发生器可同时获得方波、三角波和正弦波。三角波通过电容恒流放电而直接形成；方波由控制信号获得；正弦波由三角波通过折线近似电路获得。通过这种方式获得的正弦波不是平滑曲线，其失真率为 1左右，可满足一般用途的需要。电路中的电位器 PR1用于调整频率，调整范围为 20Hz 到 20kHz。PR2 用于调整波形的失真率，PR3 用于调整波形的占空比。在图 XX_01 中，电压比较器 C1、C2 的门限电压分别为 2VR/3 和 VR/3（ 其中VR=VCC+VEE
9、），电流源 I1 和 I2 的大小可通过外接电阻调节，且 I2 必须大于 I1。当触发器的 Q 端输出为低电平时，它控制开关 S 使电流源 I2 断开。而电流源 I1 则向外接电容 C 充电，使电容两端电压 VC 随时间线性上升，当 VC 上升到 VC=2VR/3 时，比较器 C1 输出发生跳变，使触发器输出 Q 端由低电平变为高电平，控制开关 S 使电流源 I2接通。由于 I2I1 ，因此电容 C 放电，VC 随时间线性下降。当 VC 下降到 VCR1 时，占空系数近似为 50。图 14-4 多谐振荡器的电路图和波形图由上分析可知： a）电路的振荡周期 T、占空系数 D，仅与外接元件 R1、
10、R2 和 C 有关，不受电源电压变化的影响。 b）改变R1、R2，即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。 c） 改变 C 的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。 另外，复位端也可输入 1 个控制信号。复位端为低电平时，电路停振。 施密特触发器施密特触发器电路图和波形图如图 14-5 所示，其回差电压为 1/3Vcc。当输入电压大于 2/3Vcc 时输出低电平，当输入电压小于 1/3Vcc 时输出高电平，若在电压控制端外接可调电压 Vco（ 1.55V），可以改变回差电压 VT。施密特触发器可方便的地把非矩形波变换为矩形波，如三角波到方波。施密特触发器可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩
11、形波。施密特触发器可以选择幅度达到要求的脉冲，虑掉小幅的杂波。图 14-5 施密特触发器电路图和波形图 3. CD4060 是 14 位二进制串行计数器，其引脚图如图 146。 由 14 级二进制计数器和非门组成的振荡器组成，外接振荡电路可以做时钟源。图 66CD4060 引脚图 ：时钟输入端，下降沿计数；CP0：时钟输出端； ：反向时钟输出端。 RD 清零端为异步清零。 作为2Hz、4Hz、8Hz 等时钟脉冲源时，典型接线方法如图 14-7，从计数器输出端可以得到多种 32.678kHz 的分频脉冲。图 6-7 4060 作为时钟源 可以加上 RC 回路构成时钟源。如图 14-8，其中 T1
12、.4RC 图 6-8 RC 回路作为时钟源图 6-6 CD4060 引脚图 4. CD4017是十进制计数器/时序译码器，内部有一个十进制计数器和一个时序译码器，图 14-9 是其引脚图，CP 为时钟脉冲输入，上升沿计数， 为允许计数，低电平有效，计数时Q0Q9 的十个输出端依次为高电平， RD 为异步清零端， RD=1 时 Q0=1。计数器的输出 Q0Q4=1 时进位 Co=1，Q5Q9=1 时 Co=0。图 69CD4017 引脚图普通计数器作为分频时，从计数器输出引脚可以得到 CP 的 2、4、8 分频的信号，用 N 进制计数器可以得到 N 分频信号。依此原理用 CD4017 可以方便得
13、到 210 分频信号，将CD4017 输出端 Q2Q9 分别与复位端相连，可以构成 29 的分频。如图 14-10 所示构成 3 分频，当高电平移到 Q3 时，计数器复位，重新计数，3 分频信号可以从 Q0Q2 中一个输出，不接反馈复位则可以得到 10 分频。2.2 RC 积分电路原理电路结构如图，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数 R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于 10 倍于输入波形的宽度。 输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。从
14、图得，Uo=Uc=(1/C)icdt,因 Ui=UR+Uo,当 t=to 时，Uc=Oo.随后 C 充电，由于RCTk,充电很慢，所以认为 Ui=UR=Ric,即 ic=Ui/R,故Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt这就是输出 Uo 正比于输入 Ui 的积分（icdt）RC 电路的积分条件：RCTk五、主要元件的参数主要元件参数 规格发光二极管 5mm集成电路 IC555电阻1. 三个 10K2. 一个 1K 3. 一个 62K4. 一个 510 欧滑动电阻 一个 20K电解电容1. 一个 100 微法2. 一个 10 微法电容1. 一个 10 微法2. 一个 0.47 微法3.
15、两个 0.01 微法4. 两个 0.1 微法六、心得与体会1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和其他类型的各种电路原理。通过对他们的比较和认识，我找到了简单、正确的方法。2、通过对电路条件的限制，要求我们能更深次地理解各种器件的原理及使用规则，对具体的情况做到正确的判断，提高了我们对书本知识的掌握，也把我们从理论水平提高到实践水平。3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元
16、件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。4、在对各种方案进行排查时，我们才了解到我们现在的知识水平还很有限，需要我们自己拓展，要多看一些关于其他类型的不同的见解。5、尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位，由于对 555 电路相关章节未能掌握以致用到秒脉冲产生电路无法自行设计，只得参考其他文献，在 EWB 中试行操作，逐步摸索。彻悟学海无涯只有苦来作舟，学无止境只有书来作伴。6、从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不
