1、1 漳州師范學院漳州師范學院模擬電子技術課程設計函數信號發生器姓 名： 學 號： 系 別： 專 業：年 級：指導教師： 2012 年 4 月 3 日2 函數信號發生器 摘要摘要利用集成電路 lm324 設計并實現所需技術參數的各種波形發生電路。根據電壓比較器可以產生方波，方波再繼續經過基本積分電路可產生三角波，三角波經過低通濾波可以產生正弦波。經測試，所設計波形發生電路產生的波形與要求大致相符。關鍵詞：波形發生器；集成運放；rc 充放電回路；滯回比較器；積分電路 3目錄目錄中文摘要中文摘要.11.1.系統設計系統設計.41.1 設計指標.41.2 方案論證與比較.42.2.單元電路設計單元電路

2、設計.52.1 方波的設計.52.2 三角波的設計.82.3 正弦波的設計.103 3參數選擇參數選擇.113.1 方波電路的元件參數選擇.114.4.系統測試系統測試.114.1 正弦波波形測試.114.2 方波波形測試.124.3 三角波波形測試.125 5結果分析結果分析.126 6工作總結工作總結.127 7參考文獻參考文獻.138 8附錄附錄.1341.1.系統設計系統設計1.11.1 設計指標設計指標1.1.11.1.1 電源電源特性參數特性參數輸入：雙電源12v輸出：正弦波1v，方波12 v，三角波5v，幅度連續可調，線ppvppvppv性失真小。1.1.21.1.2 工作頻率工

3、作頻率工作頻率范圍：10 hz100hz ,100 hz1000hz 1.21.2 方案論證與比較方案論證與比較1.2.11.2.1 方案方案 1 1：采用集成運放電路設計方案產生要求的波形：采用集成運放電路設計方案產生要求的波形主要是應用集成運放 lm324，其芯片的內部結構是由 4 個集成運放所組成的,通過 rc 文氏電橋可產生正弦波，通過滯回比較器能調出方波,并再次通過積分電路就可以調試出三角波，此電路方案能實現基本要求和擴展總分的功能，電路較簡單，調試方便，是一個優秀的可實現的方案。1.2.21.2.2 方案方案 2 2：采用集成運放電路設計方案產生要求的波形：采用集成運放電路設計方案

4、產生要求的波形 主要是應用集成運放 lm324,其芯片的內部結構是由 4 個集成運放所組成的,通過電壓比較器可以形成方波,方波經過積分之后可以形成三角波,三角波再經過低通濾波可以形成正弦波,此電路方案能實現基本要求和擴展總分的功能,電路較簡單,調試方便,相比第一方案,其操作成功率較低.52.2.單元電路設計單元電路設計2.12.1 方波的設計方波的設計 2.1.12.1.1 原理圖原理圖 r21.3kr30.5k+12-12d1znrd2znr321411u1lm324a 2.1.22.1.2 工作原理工作原理 矩形波發生電壓只有兩種狀態,不是高電平 ,就是低電平 ,所以電壓比較器是它的重要成

5、分;因為產生振蕩 ,就是要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換,所以電路中必須引入反饋,因為6輸出狀態應按一定時間間隔交替變化,即產生周期性變化 ,所以電路中要有延遲環節來確定每種狀態維持的時間.7 圖所示的矩形波放生電路,它由反相輸入的滯回比較器和rc 電路組成 .rc 回路既作為延遲環節,又作為反饋網絡 ,通過 rc 充放電實現輸出狀態的自動轉換. 設某一時刻輸出電壓uo=+uz,則同相輸入端電位up=+ut。uo 通過 r3 對電容 c 正向充電，反相輸入端電位隨時間 t 增長而逐漸升高，當t 趨近于無窮時， un 趨于+uz；但是，一旦un=+ut,再稍增大， uo 就從 +uz 躍變為uz

6、，與此同時 up 從+ut 躍變為 ut。隨后， uo 又通過r3 對電容 c 反向充電，或者說放電。反相輸入端電位un隨時間 t 增長而逐漸降低，當t 趨于無窮時， un 趨于 uz；但是，一旦un=ut,再稍減小， uo 就從 uz 躍變為+uz，與此同時 up 從ut 躍變為 +ut，電容又開始正向充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。圖 2.3 滯回比較器的電壓傳輸特性 8圖 2.4 方波發生電路的波形2.32.3 三角波的設計三角波的設計2.2.12.2.1 原理圖原理圖123456abcd654321dcbat itlenum berrevisionsizebdate:7-j

7、un-2008 sheet of file:e:偶偶偶偶偶偶偶偶偶偶偶偶backup of copy of sheet1.ddbdrawn by:rrr3r4rrw2rw3c5dzdzu2u3+12+12-12-12圖 2.3 三角波發生電路原 2.4 三角波發生電路的波形圖92.2.2 工作原理 積分電路是一種運用較為廣泛的模擬信號運算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實現對微分方程的模擬，同時在控制和測量2.6 方波-三角波發生電路波形圖系統中，積分電路也有著廣泛運用，利用其充放電過程可以實現延時，定時以及各種波形的產生.積分電路還可用于延時和定時。在圖 2.3 所示

8、三角波發生電路圖中，將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到三角波電壓。 . (式 2.10)321cooiudtudtcrc (式 2.11) 32102041()ooowuuttutrrc 式中為初始狀態時的輸出電壓。設初始狀態時正好從-躍變 20out2ouzu為+，則式 2.10 應寫成zu (式 2.12) 3102041()ozowuuttutrrc 積分電路反向積分, 隨時間的增長線性下降，根據圖 2.4 所示電壓傳輸2ou特性，一旦，再稍減小，將從+躍變為-。使得式 2.10 變為2otuu2ouzuzu (式 2.13) 3212141()ozowuutt

9、utrrc 為產生躍變時的輸出電壓。積分電路正向積分，隨時間的增 21out2ou2ou長線性增大，根據圖 2.3 的電壓傳輸特性，一旦，再稍增大,將從2otuu2ou10-躍變為+，回到初態，積分電路又開始反向積分。zuzu112.32.3 正弦波的設計正弦波的設計c10.1ufc30.1ufr74kr81kr910k1098u1lm324c2.3.12.3.1 工作原理工作原理 采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡單的二階低通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加 rc 環節，可以使濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。 輸出三角波。三角波再經 r10、c1

10、積分網絡，輸出近似的正弦波。 總的原理圖總的原理圖r12kr22kr3100r42kr51kr62kr710kr81kr910krw2100krw15kc10.1ufc20.1ufc30.1uf+12v-12v321411u1lm324a567u1lm324b1098u1lm324cd1zener2d2zener2123參數選擇3.1 方波電路的元件參數選擇方波電路的元件參數選擇3.2.13.2.1 穩壓管穩壓管由于要求方波輸出電壓約等于 12v，所以采用的穩壓管的穩壓約等于 6v，所以應采用 6.2v 的穩壓管兩支。電容電容庫房里可以提供 0.1uf 的電容，所以電路里都采用 0.1uf 的

11、電容，電阻電阻 頻率范圍是 10hz100hz ,100hz1000hz,根據公式 f=r2/(4*r1*r3*c)取 r1=2kr2=5kr3=100rw1=5krw2=100k 經過公式計算后得到接近的電阻阻值，再把數據代入到仿真軟件進行仿真調整，得到正確的波形圖和數值。4.4.系統測試系統測試4.14.1 方波波形測試方波波形測試由于在電路圖中方波的幅值約等于+12v，所以只要電路沒有出現問題，阻值選擇合適，那么波形就可以出來。 134.24.2 三角波波形測試三角波波形測試同樣保持電路完整，接入電源，通過調節 rw1 可改變三角波伏值及頻率，通過調整 rw2 使電路的周期發生變化，同時

12、頻率也發生變化。4.34.3 正弦波波形測試正弦波波形測試將將電源電路接入變壓器使雙電源輸出12v，通過調節 rw1、rw2 可調節正弦波的峰峰值和頻率。 5.5.結果分析結果分析 實驗結果和預先所設定的參數存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數有關，在電子仿真軟件中的電阻參數在庫房里沒有相吻合的參數，其次在實驗焊接過程中也可導致誤差，庫房所提供的電阻其本身誤差較大，綜合各方面的考慮，實驗結果的誤差不可避免，而制作出來的電路板所能出現的波形，在一定程度上會出現失真現象。 6.6.工作總結工作總結在這次課程設計中，我學會了怎樣去根據課題的要求去設計電路和調試電路。動手能力得到很大的提高。從中我發

13、現自己并不能很好的熟練去使用我所學到的模電知識。在以后學習中我要加強對使用電路的設計和選用能力。但由于電路比較簡單、定型，而不是真實的生產、科研任務，所以我們基本上能有章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計算逐步，元器件選擇等手段結合起來，掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。這對今后從事技術工作無疑是個啟蒙訓練。通過這種綜合訓練，我們可以掌握電路設計的基本方法，提高動手組織實驗的基本技能，培養分析解決電路問題的實際本領，為以后畢業設計和從事電子實驗實際工作打下基礎。14在實驗過程中收益最大的就是懂得如何去調試電路，查找電路的缺陷和看pcb 圖，通過自己動手更能對電路有更深刻的了解。 7.7. 參考文獻參考文獻元件清單表附錄附錄 1 1 器件清單器件清單器件型號個數備注集成塊lm32412k41k210k2電阻1001100k1變位器5k1電容0.1uf3二極管6.2v 穩壓二極管2插槽14 腳1 15附錄附錄 2