1、電子技術(shù)課程設(shè)計（報告）題 目： 函數(shù)信號發(fā)生器 2014年 9月 20 日目錄1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖11.1 設(shè)計內(nèi)容摘要21.2電路設(shè)計原理框圖21.3 電路設(shè)計方案設(shè)計22設(shè)計的目的及任務(wù)32.1 課程設(shè)計的目的32.2 課程設(shè)計任務(wù)32.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)33 各部分電路設(shè)計43.1 方波發(fā)生電路的工作原理43.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理43.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理63.4電路的參數(shù)選擇及計算64 電路仿真74.1函數(shù)發(fā)生部分的仿真54.2總體電路的仿真65電路的安裝與調(diào)試85.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試85.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安

2、裝與調(diào)試85.3 總電路的安裝與調(diào)試86電路的實驗結(jié)果分析97 實驗總結(jié)98 儀器儀表明細(xì)清單109 參考文獻(xiàn)101函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖1.1設(shè)計內(nèi)容摘要 函數(shù)信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢驗中具有十分廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計一個能產(chǎn)生矩形波、三角波、正弦波的簡易發(fā)生器。通過對電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課程設(shè)計的方案。按照設(shè)計方案選擇具體的原件，搭出具體實物圖，并在實驗室對搭建好的實務(wù)圖進(jìn)行調(diào)試，觀察效果并與課題的性能指標(biāo)作對比。最后分析出現(xiàn)誤差

3、的原因及影響因素1.2 電路設(shè)計原理框圖函數(shù)發(fā)生部分：計數(shù)顯示部分：1.3 函數(shù)發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方

4、波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變?yōu)檎也ɑ驅(qū)⒎讲ㄗ優(yōu)檎也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，本課程設(shè)計中函數(shù)發(fā)生器電路組成：由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由濾波電路來完成。由于本電路產(chǎn)生的頻率變化范圍很小，故可以采用低通濾波的方法將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。這樣可以簡化電路，簡單易行。數(shù)字顯示部分則采用555定時器產(chǎn)生1s脈沖，并利用計數(shù)器測量1s內(nèi)脈沖的個數(shù)，利用鎖存器鎖存，穩(wěn)定顯示在數(shù)碼管上。2課程設(shè)計的目的和設(shè)計的任務(wù)2.1 課程設(shè)計目的：1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計

5、方法2掌握模擬IC器件的應(yīng)用3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力4掌握常用元器件的識別和測試5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法2.2課程設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計方波三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器2.3課程設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo)：1設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、三角波；3頻率范圍 ：在200600Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；4輸出電壓：方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V；5由三個數(shù)碼管實時顯示輸出頻率。關(guān)鍵字：運算放大、方波、三角波、正弦波、頻率顯示。3各組成部分的工作原理3.1 方波發(fā)生電路的工作原理 此電路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(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)

6、，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)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，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。3.2 方波-三

7、角波轉(zhuǎn)換電路的工作原方波三角波產(chǎn)生電路 工作原理如下：若a點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 比較器

8、的門限寬度由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為時，時，可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為由以上兩式可以得到以下結(jié)論：1. 電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調(diào)。2. 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波

9、的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的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一階低通濾波電路，實現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換 。將三角波按傅里葉級數(shù)展開由上式可知，低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于三角波的基波頻率且小于三角波的三次諧波頻率。3.4電路的參數(shù)選擇及計算穩(wěn)壓管：由于要求方波輸出電壓約等于12V，所以采用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓約等于6V，所以應(yīng)采用6.2V的穩(wěn)壓管兩支。電容：電容采用0.1uF。電阻：頻率范圍是10HZ100HZ,100HZ1000HZ,根據(jù)公式f=R2/(4*R1*R3*C)取R1

10、=10KR2=5.1KR3=3.3KRW1=10KRw2=10K經(jīng)過公式計算后得到接近的電阻阻值，再把數(shù)據(jù)代入到仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)整，得到正確的波形圖和數(shù)值。4 電路仿真4.1函數(shù)發(fā)生部分的仿真：仿真結(jié)果：4.2總體電路的仿真：5 電路的安裝與調(diào)試5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試：51.1安裝方波三角波產(chǎn)生電路1. 把兩塊741集成塊插入面包板，注意布局；2. 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；3. 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。5.1.2調(diào)試方波三角波產(chǎn)生電路1. 接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；2. 調(diào)節(jié)電位器，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；3. 調(diào)節(jié)電位器，微

11、調(diào)波形的頻率；4. 觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部安裝。5.2 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試5.2.1安裝三角波正弦波變換電路1. 在面包板上接入濾波電路；2. 接入各電容及電阻。5.2.2調(diào)試三角波正弦波變換電路1. 依據(jù)三角波按傅里葉級數(shù)展開式，低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于三角波頻率的基波頻率且小于三角波的三次諧波頻率。但是如果三角波的最高頻率超過其最低頻率的三倍，低通濾波電路就無法實現(xiàn)波形變換了。5.3安裝調(diào)試計頻顯示電路（數(shù)字電子模塊）測量正弦波、方波、三角波的頻率，利用施密特觸發(fā)器將輸入信號整形為方波，并利用計數(shù)器測量1s內(nèi)脈沖的個數(shù)，利用鎖存器鎖存，穩(wěn)定顯示在數(shù)碼管

12、上。下圖為整體電路安裝的面包板：6實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果和預(yù)先所設(shè)定的參數(shù)存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數(shù)有關(guān)，在電子仿真軟件中的電阻參數(shù)在庫房里沒有相吻合的參數(shù)，其次在實驗焊接過程中也可導(dǎo)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(jié)果存在一定誤差，因而導(dǎo)致制作出來的電路板所能出現(xiàn)的波形，在一定程度上會出現(xiàn)失真現(xiàn)象。7實驗總結(jié)從最初的選題到寫任務(wù)書到仿真再到搭電路調(diào)試，雖然為期不短但依舊感覺時間過的很快；但由一開始選題時的茫然到最后調(diào)試時慢慢步入正軌，整個過程不只是對過去學(xué)過知識的復(fù)習(xí)，更是在學(xué)以致用的過程中對所學(xué)相關(guān)知識理解的質(zhì)的升華。 初期通過搜集較多的資料，從明確任務(wù)到仿真都并沒有出現(xiàn)太大的問題。如往常的實驗一樣，出乎意料的事往往發(fā)生在硬件上。在硬件調(diào)試的過程中出現(xiàn)了波形不對，頻率顯示與實際頻率不符合等多種情況，耗費了大量的時間排查、與同學(xué)交流，最終我們還算是順利完成了任務(wù)書的要求。通過課程設(shè)計的過程增強了自身動手實踐的能力，也相應(yīng)的鍛煉了數(shù)電模電模塊綜合設(shè)計的能力，讓我對電子技術(shù)課程有了更加深入的了解。8儀器儀表清單設(shè)計所用儀器及器件：1直流穩(wěn)壓電源 1臺2雙蹤示波器 1臺3萬 用 表 1只4運 放741 3片5電位器10K 2只6電容 10F 1只 0.1F 4只77490芯片 3只8面包板