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1、四川信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目: 信号发生器的设计 _ _专 业: 应用电子技术 班 级: 应电 08-2 学 号: 姓 名: 指导教师: 二一年十二月十日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名班级应电08-2专业应用电子技术设计（或论文）题目信号发生器的设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注设计内容：设计一种能产生方波、正弦波、三角波的信号发生器基本要求：1.设计的信号发生器能够产生频率范围在1KHz10KHz 2.输出电压:方波Vp-p=24V；三角波Vp-p8V；正弦波Vp-p=1V设计任务：1.完成电路设计方案的选择并设计
2、电路；2.整机电路原理分析并正确选择电路元件；3.绘制整机电路原理图并进行电路仿真或实物制作；4.撰写较详细的设计说明书。进度安排：第23周：消化课题，收集相关资料，选择参考方案；第45周：初步确定设计方案并熟悉部分器件的用途；第67周：划分功能模块，设计单元电路；第89周：分析电路原理，基本完成设计过程，撰写设计说明书初稿；第1011周：修改、完善并调试设计电路，进行电路仿真或实物制作；第1213周：按毕业设计的各项要求整理设计说明书并修改、完善，检查定稿；第14周：熟悉设计全过程，准备答辩；第15周：答辩。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1 胡翔骏.电路基础简明教
3、程.北京:高等教育出版社，20042 胡宴如.模拟电子技术（第二版）.北京:高等教育出版社，20043 杨志忠.数字电子技术（第二版）.北京:高等教育出版社，20034 陈晓文.电子线路课程设计.北京:电子工业出版社，20045 廖先芸.电子技术实践与训练.北京:高等教育出版社，20046 姜邈.电子线路课程设计指导书.北京:高等教育出版社，1993审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)目录摘要1第1章绪论2第2章方案论证及系统框图32.1 方案比较32.2 系统框图4第3章单元电路设计53
4、.1 方波三角波产生电路53.1.1 比较器电路53.1.2 积分电路63.1.3 参数计算与元件选择93.2 三角波正弦波产生电路103.2.1 差分放大器电路103.2.2 参数计算与元件选择11第4章仿真电路与调试134.1 方波波形134.2 三角波波形144.3 正弦波波形144.4 方波转换三角波154.5 三角波转换正弦波15总结16致谢17参考文献18附录1整机原理图19附录2元件明细表20 I 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)摘要信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。采用集成运放和分立元件相结合的方式，利用迟滞
5、比较器电路产生方波信号，以及充分利用差分电路进行电路转换，从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。通过对电路分析，确定了元器件的参数，并利用仿真软件仿真电路的理想输出结果，克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题，使得设计的低频信号发生器结构简单，实现方便。本设计是信号发生器的设计，主要由比较器、积分器、差分放大器构成，它能产生频率范围为1KHZ10KHZ内的方波、三角波、正弦波。关键词 方波；正弦波；三角波；信号发生器全套设计加扣 3346389411或3012250582第1章绪论凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参
6、数的电测试信号。信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。信号发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中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），也可以是集成电路（如单片集成电路函数发生器ILC8038）。本设计主要由集成运算放大器与晶体管差分放大器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
7、方案有多种，如先产生正弦波，产生通过整形电路将正弦波转换为方波，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将方波变成正弦波。本设计是先产生方波三角波，再将三角波转换成正弦波的电路设计方法。第 1 页 共 20 页 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第2章方案论证及系统框图2.1 方案比较 本设计有以下三种方案：方案一 DDS信号发生器DDS信号发生器是利用采样定理，通过查表法产生波形，能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。其基本的系统框图如下：相位累加器波形存储器电路D/A转换器电路低通滤波器电路图2-1 系统框图方案二 555信号发生器采用55
8、5定时器制作的信号发生器，其外围电路相对复杂。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。其基本的系统框图如下：图2-2 系统框图方案三 由集成运算放大器和差分放大器组成的信号发生器由比较器电路来产生方波，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
9、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。通过以上的叙述采用方案一能产生精度和质量相对较高的信号用于试验科研和生产，但其价格较高在要求不高的场合就没有必要采用这种方案。与方案二相比较方法二虽说在价格方面比前者要低，但是其外围电路相对复杂，且调试不方便，应用时不便于操作。结合了前两者考虑我选择了第三种方案，因为方案三中的比较器和积分器使用起来比较方便，并且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。2.2 系统框图本设计系统框图由比较器产生方波，再经过积分器得到三角波，最后经过差分放大器得到正弦波。系统框图如下：比较器积分器差分放大器图2-3 系统框图第3章单元电
10、路设计3.1 方波三角波产生电路3.1.1 比较器电路图3-1所示电路运算放大器与，及，组成一个迟滞比较器，称为平衡电阻。迟滞比较器的（被比信号）取自积分器的输出，通过接运放的反相输入端，迟滞比较器的（参考信号）接地，通过接运放的同相输入端。迟滞比较器输出的高电平等于正电源电压+低电平等于负电源电压-。当= =0时，比较器翻转，输出从高电平+翻转到低电平-；或从低电平跳到高电平+。图3-1 比较电路若=+，根据电路叠加原理可得：因=0，故比较器翻转的下门限电位为：若=-，根据电路原理叠加原理可得：将上式整理，得比较器翻转的上门限电位为：比较器的门限宽度为：由以上式子可得迟滞比较器的电压传输特性
11、如图3-2所示。图3-2 比较器电压传输特性3.1.2 积分电路如图3-3运算放大器是反相积分器，它的输入信号就是的输出信号，加于反相输入端，分析积分电路工作原理，实际上是在反相放大器的反馈支路中，将反馈电阻换成了电容C 。根据集成运算放大器理想化条件中的两个条件：1.开环(差摸)增益为无穷大，和为运算放大器同相端与反相端输入电压。输入电阻(即开环差摸输入电阻)为无穷大。可以得出两条重要推论：（1）即 （2）= =0图3-3 积分运算电路a) 输入正阶跃电压 b) 输入方波信号图3-4 波形图2.两重要推论是进行集成运算放大器的近似分析的基本出发点，由此可以得出反相放大器的反相输入端为“虚地”
12、概念，在积分运算电路中，由于=0，故有，根据反相输入运算放大器反相输入端为虚地有：即输出电压与输入电压对时间的积分成正比，负号表示输出电压与输入电压的极性相反。当输入为一阶跃电压信号时，为常数，电容C将以恒流充电，输出电压随时间按线性规律变化。波形如图3-4所示。当输入为方波信号时，在方波的正半周，朝下积分，在方波的负半周，朝上积分，周而复始，输入为方波信号时，输出得到三角波信号。运放与，及组成反相积分器。其输入是前级输出的方波信号，从而可得积分器的输出为：当时，电容被充电，电容电压上升：即线性下降。图3-5 方波三角波当（即）下降为= 时，比较器的输出状态发生翻转，即由高电平变为低电平，于是
13、电容放电，电容电压下降，而:即线性上升。当（即Ui）上升到=时，比较器A1的输出状态又发生翻转，即由低电平变为高电平，电容又被充电，周而复始，震荡不停。输出是方波，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，可见当积分器地输入为方波时，输出的是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系入图3-5所示。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。由图3-5可知，三角波的幅度为:的下降时间为，其中的上升时间为，其中 把和的值代入，得三角波的频率为：由和的表达式可以得出以下结论：1.使用电位器调整方波三角波的输出频率时，不会影响相互出波形的幅度。若要求输出信号频率范围较宽，可用改变
14、频率的范围，实现频率微调。2.方波的输出幅度应等于电源电压，三角波的输出幅度不超过。电位器可实现幅度微调，但会影响方波三角波的频率。图3-6 方波三角波转换电路3.1.3 参数计算与元件选择如图3-1所示，其中运算放大器与用一只双运放。因为方波的幅度接近电源电压，所以取电源电压，。比较器与积分器的元件参数计算如下：取R2=10k，取R3=20k，RP1=47k，平衡电阻 k由输出频率的表达式得：当1KHz10KHz时，取=10nF，=1k，=100k，取平衡电阻 =10k。3.2 三角波正弦波产生电路3.2.1 差分放大器电路本设计选用差分放大器作为三角波正弦波的变换电路。波形变换的原理是：利
