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1、 信息工程学院课程设计（论文）湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目: 函数发生器 课 程：电子线路课程设计专 业：电子信息科学与技术班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 信息工程学院课程设计任务书学 号学生姓名专业（班级）设计题目函数发生器设计技术参数频率范围： 1Hz10Hz, 10Hz100Hz。输出电压： 方波Vp-p24V，三角波Vp-p=8V，正弦波Vp-p1V。波形特性： 方波tr1s(1kHz，最大输出时)，三角波2%，正弦波5%设计要求输出波形： 正弦波、方波、三角波。频率范围： 1Hz10Hz, 10Hz100Hz。输出电压： 方波Vp-p24V，三角波Vp-p=
2、8V，正弦波Vp-p。 波形特性： 方波tr1s(1kHz，最大输出时)，三角波2%，正弦波5% 参考资料1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052马建国. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20053童诗白模拟电子技术基础（第三版）M北京：高教出版社，20014李万臣模拟电子技术基础与课程设计 M.哈尔滨工程大学出版社，20035胡宴如模拟电子技术 M.北京：高等教育出版社，2000 学生姓名： 学号： 专业（班级）： 课程设计题目： 函数发生器 成绩： 指导教师： 年 月 日信息工程系课程设计成绩评定表 摘 要函数发生器
3、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。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，然后再通过整形电路将正弦波转换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波或者将方波变成正弦波。此设计的函数发生器是本设计以运算放大器LM324为核心器件，从方波电路开始，再通过积分电路将方波变成三角波，然后再通过差分放大电路将三角波变为正弦波。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，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大
4、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。关键词： LM324，比较器，积分器，差分放大器 目 录一、任务提出与方案论证11.1本课题的研究现状11.2 选题意义11.3信号发生器的分类21.4 任务的提出21.5 实验原理2二、总体设计52.1 总体设计思路52.2 总体原理框图5三、详细设计及仿真63.1方波发生器设计63.2 方波三角波转换电路73.3 三角波正弦波转换电路103.4 整体仿真电路及其结果11四、总结13参考文献14 一、任务提出与方案论证1.1本课题的研究现状函数发生器既可以构成独立的信号源，
5、也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。函数发生器关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源以及扫频源，可以使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。美国安捷伦生产的33250A型函数，任意波形发生器可以产生稳定、精度和低失真的任意波形，其输出的频率范围为1uHz80MHz,而输出幅度为10mVpp10Vpp。该公司生产的8684D射频信号发生器的覆盖频率范围更可高达9kHz4GHz。国产SG1060数字合成信号发生器能够双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖范围为1uHz60MHz；国产S1000型数
6、字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用DDS和锁相技术，使频率范围从1MHz1024MHz能精确地分辨到100Hz，它既是一台高精度的扫频仪，同时也是一台高精度的标准信号发生器。还有其他很多类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是函数发生器总的趋势将向着看频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途。自动化和智能化方向发展。目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为以下几种超高频：频率范围1MHz以上，可达几十兆赫兹；高频：几百KHz到MHz；低频：频率范围为几十赫兹到几百赫兹；超低频：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。超高频信号发生器，产生波形一般用LC振
7、荡电路。高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，也就是RC振荡电路，通过改变电容和电阻值来改变频率。1.2 选题意义信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。信号发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具
8、有较好的市场前景。以满足工业领域对信号源的要求。本次试验实现利用LM324，比较器，积分器，差分放大器共同实现方波、三角波、正弦波这三种常用波形的发生。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。1.3 信号发生器的分类信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。因其应用广泛，种类繁多，特性各异，分类也不尽一致。按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类；按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器、标准信号发生器和功率信号发生器；按频
9、率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。1.4 任务的提出 设计方波三角波正弦波发生器。 频率范围： 1Hz10Hz, 10Hz100Hz。 输出电压： 方波Vp-p24V，三角波Vp-p=8V，正弦波Vp-p1V。 波形特性： 方波tr30s(1kHz，最大输出时)，三角波2%，正弦波5%1.5 实验原理 用运算放大器直接构建比较器产生方波，简单的比较器电路如图1-2所示：图1-2-1 比较器电路图此电路为同相比较器，即当输入信号大于参考电压时，运放输出接近于正电源电压+
10、Vcc,当小于参考电压时，运放的输出接近于负电源电压-VEE。其中和起到限幅的作用。三角波在实际应用中常用的方案均是基于方波产生后利用积分电路产生，这里对积分电路进行介绍。积分是一种常见的数学运算，这里所讨论的是模拟积分。积分电路如图1-2-1所示，可以用来作为显示器的扫描电路、模数转换器或者是作为数学模拟运算器等。电容器C以电流形式进行充电。利用虚地和虚断的概念：。上式表明，输出电压VO为输入电压VI对时间的积分，负号表示它们在相位上是相反的。当输入信号vi为阶跃电压时，在它的作用下，电容器将以近似恒流方式进行充电，输出电压VO与时间t成近似线性关系。图1-2-1 积分电路图若为了提高输出电
11、压，可将电路改为图1-2-2所示反相比例积分电路，其输入输出特性如图1-2-4所示： 图1-2-3 反相比例积分电路 图1-2-4 输入输出特性图则输出的信号频率为：可见的大小可由进行调节。电压放大增益为：正输入端所接的为平衡电阻。 非线性有源电路形成法。利用差分放大电路的非线性传输特性可以实现三角波正弦波的变换。对于典型差分放大电路的差模传输特性，它的输出电流（电压）与差模输入电压之间的关系符合双曲正切函数的变化规律。当三角波的正负峰值正好对应于差分放大管的截止电压时，晶体管集电极电流接近于正弦波，从而实现了三角波正弦波的变换。需要注意，为了使输出波形更接近正弦波，差分放大电路的传输特性应尽
12、可能对称，且线性区越窄越好。同时输入三角波的幅度应满足上述要求。带恒流源的典型差分放大电路如图1-2-5所示： 图1-2-5 带恒流源的典型差分放大电路二、总体设计2.1 总体设计思路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，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作
