1、 . 信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目:低頻函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)專業(yè): 通信技術(shù) 24 / 20信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)通信技術(shù)設(shè)計(jì)（或論文）題目低頻函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師職稱工作單位與所從事專業(yè)聯(lián)系方式備注助教術(shù)學(xué)院電子系教師高級工程師司1設(shè)計(jì)（論文）容：設(shè)計(jì)一種方波 正弦波 三角波的函數(shù)發(fā)生器。基本要求:1設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器能夠產(chǎn)生頻率圍在1Hz10Hz，10Hz100Hz。2輸出電壓:方波Vp-p24V；三角波Vp-p=8V；正弦波Vp-p>1V。3波形特性:方波tr<30s；三角波非線性失真系數(shù)<2%；正弦波

2、非線性失真系數(shù)<5%。進(jìn)度安排：第一階段（2008，092008，10）：完成資料的收集；第二階段（2008，102008，11）：完成硬件設(shè)計(jì)，即完成單元電路與總電路圖的設(shè)計(jì)和工作原理的敘述，電路性能指標(biāo)的驗(yàn)算；第三階段（2008，112008，12）：進(jìn)行調(diào)試、仿真，編寫報(bào)告準(zhǔn)備答辯。1設(shè)計(jì)硬件的原理電路圖；2完成電路的調(diào)試、仿真系統(tǒng)；3撰寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明書，不少于五千字。主要參考文獻(xiàn)、資料(寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)：1胡翔駿.電路基礎(chǔ)簡明教程.：高等教育，20042胡宴如.模擬電子技術(shù).第二版.：高等教育，20043志忠.數(shù)字電子技術(shù).第二版.：高等教育，20034王浩

3、全.Protel DXP電路設(shè)計(jì)與制版.：人民郵電，2005審批意見教研室負(fù)責(zé)人：年月日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。目錄摘要1第1章方案設(shè)計(jì)21.1設(shè)計(jì)任務(wù)21.2方案選擇2第2章電路設(shè)計(jì)42.1方波三角波產(chǎn)生電路42.1.1比較器電路原理42.1.2積分電路原理52.1.3參數(shù)計(jì)算與元件選擇82.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路92.2.1差分放大器電路原理92.2.2參數(shù)計(jì)算與元件選擇10第3章電路安裝與調(diào)試技術(shù)123.1方波三角波發(fā)生器的裝調(diào)123.2三角波正弦波變換電路的裝調(diào)12結(jié)論13致14參考文獻(xiàn)15附錄三角波方波正弦波函數(shù)發(fā)生器16摘要在研制、生產(chǎn)、測

4、試和維修各種電子元件、部件以與整機(jī)設(shè)備時(shí)，都需要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設(shè)備上，用其它儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，主要由比較器、積分器、差分放大器構(gòu)成，它能產(chǎn)生頻率圍為1Hz10Hz，10Hz100Hz的各種波形，其中方波Vp-p24V；三角波Vp-p=8V；正弦波Vp-p>1V；波形特性：方波tr&l

5、t;30s；三角波非線性失真系數(shù)<2%；正弦波非線性失真<5%。關(guān)鍵詞方波；正弦波；三角波；函數(shù)發(fā)生器第1章方案設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)在無線電通信、測量、自動控制等技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用著各種類型的信號發(fā)生器，最常用的有正弦波信號發(fā)生器、方波信號發(fā)生器、三角波發(fā)生器。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，集成電路在波形發(fā)生器電路中已被廣泛采用，并且已制造出了能同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波專用集成電路。訓(xùn)練掌握集成運(yùn)算放大器工作原理以與集成運(yùn)算放大器在波形發(fā)生器中應(yīng)用，集成運(yùn)算放大器組成功能電路的一般設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)一步掌握電路的基本原理以與實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)等等。本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生多種波形的低頻函數(shù)信號發(fā)生器，

6、其設(shè)計(jì)容與要求如下：1設(shè)計(jì)容：設(shè)計(jì)一種方波、正弦波、三角波的函數(shù)發(fā)生器。2基本要求：1）設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器能夠產(chǎn)生頻率圍在1Hz10Hz，10Hz100Hz。2）輸出電壓：方波Vp-p24V；三角波Vp-p=8V；正弦波Vp-p>1V。3）波形特性：方波tr<30s；三角波非線性失真系數(shù)<2%；正弦波非線性失真系數(shù)<5%。1.2方案選擇函數(shù)發(fā)生器能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波與鋸齒波、階梯波等電壓波形。其電路中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），也可以是集成電路（如單片集成電路函數(shù)發(fā)生器ILC8038）。本設(shè)計(jì)主要由集成運(yùn)算放大器與晶體

7、管差分放大器組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如先產(chǎn)生正弦波，產(chǎn)生通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ā１驹O(shè)計(jì)是先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)的電路組成框圖如圖1-1所示。圖1-1函數(shù)發(fā)生器組成框圖第2章電路設(shè)計(jì)2.1方波三角波產(chǎn)生電路圖2-1所示電路能自動產(chǎn)生方波三角波信號。由電壓比較器和積分電路構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路。圖2-1方波-三角波產(chǎn)生電路2.1.1比較器電路原理圖2-1所示電路能自動產(chǎn)生方波三角波信號。其中運(yùn)算放大

8、器A1與R1，R2與R3，RP1組成一個(gè)電壓比較器，R1稱為平衡電阻，C1為翻轉(zhuǎn)加速電容。遲滯比較器的Ui（被比信號）取自積分器的輸出，通過R1接運(yùn)放的同相輸入端，R1稱為平衡電阻；遲滯比較器的UR（參考信號）接地，通過R2接運(yùn)放的反相輸入端。遲滯比較器輸出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。當(dāng)U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平+VCC翻轉(zhuǎn)到低電平-VEE；或從低電平-VEE跳到高電平+VCC。若Uo1=+VCC，根據(jù)電路疊加原理可得：因UR=0，故比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電位UTH2為：若Uo1=-VEE，根據(jù)電路原理疊加原理可得：將上式整理，得比較器

9、翻轉(zhuǎn)的上門限電位UTH1為：比較器的門限寬度UTH為：由以上式子可得遲滯比較器的電壓傳輸特性如圖2-2所示。圖2-2比較器電壓傳輸特性2.1.2積分電路原理運(yùn)算放大器A2是反相積分器，它的輸入信號就是A1的輸出信號Uo1，加于反相輸入端，分析積分電路工作原理，實(shí)際上是在反相放大器的反饋支路中，將反饋電阻換成了電容C。根據(jù)集成運(yùn)算放大器理想化條件中的兩個(gè)條件：1開環(huán)(差摸)增益A=Uo/(V+V-)為無窮大，V+和V-為運(yùn)算放大器同相端與反相端輸入電壓。輸入電阻(即開環(huán)差摸輸入電阻)ri為無窮大。可以得出兩條重要推論：1）(V+V-)=Vo/A=0即V+=V-； 2）i=i+=i-=0。圖2-3

10、積分運(yùn)算電路2兩重要推論是進(jìn)行集成運(yùn)算放大器的近似分析的基本出發(fā)點(diǎn)，由此可以得出反相放大器的反相輸入端為“虛地”概念，在積分運(yùn)算電路中，由于i=0，故有if=i1=U1/R，根據(jù)反相輸入運(yùn)算放大器反相輸入端為虛地有：即輸出電壓與輸入電壓對時(shí)間的積分成正比，負(fù)號表示輸出電壓與輸入電壓的極性相反。當(dāng)輸入為一階躍電壓信號時(shí)，if為常數(shù)，電容C將以恒流充電，輸出電壓隨時(shí)間按線性規(guī)律變化。波形如圖2-4所示。a)輸入正階躍電壓b)輸入方波信號圖2-4波形圖當(dāng)輸入U(xiǎn)I為方波信號時(shí)，在方波的正半周，Uo朝下積分，在方波的負(fù)半周，Uo朝上積分，周而復(fù)始，輸入為方波信號時(shí)，輸出得到三角波信號。運(yùn)放A2與R4，R

11、P2，C2與R5組成反相積分器。其輸入是前級輸出的方波信號Uo1，從而可得積分器的輸出Uo2為：當(dāng)Uo1=+VCC時(shí)，電容C2被充電，電容電壓UC2上升即Uo2線性下降。當(dāng)Uo2（即Ui）下降為Uo2=UTH2時(shí)，比較器A1的輸出Uo1狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即Uo1由高電平+VCC變?yōu)榈碗娖?VEE，于是電容C2放電，電容電壓UC2下降，而即Uo2線形上升。當(dāng)Uo2（即Ui）上升到Uo2=UTH1時(shí)，比較器A1的輸出Uo1狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即Uo1由低電平-VEE變?yōu)楦唠娖?VCC，電容C2又被充電，周而復(fù)始，震蕩不停。Uo1輸出是方波，Uo2輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，可見當(dāng)積分器地輸入

12、為方波時(shí)，輸出的是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，其波形關(guān)系入圖2-5所示。圖2-5方波三角波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。由圖2-5可知，三角波的幅度Uo2m為Uo2的下降時(shí)間為，而Uo2的上升時(shí)間為，而把UTH1和UTH2的值代入，得三角波的頻率為：由f和Uo2m的表達(dá)式可以得出以下結(jié)論：1使用電位器RP2調(diào)整方波三角波的輸出頻率時(shí)，不會影響相互出波形的幅度。若要求輸出信號頻率圍較寬，可用C2改變頻率的圍，用RP2實(shí)現(xiàn)頻。2方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓VCC，三角波的輸出幅度不超過VCC。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波三角波的頻率。2.1.3參數(shù)

13、計(jì)算與元件選擇如圖2-1所示，其中運(yùn)算放大器A1與A2用一只雙運(yùn)放A747。因?yàn)榉讲ǖ姆冉咏娫措妷海匀‰娫措妷?VCC=+12V，-VEE=-12V。比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計(jì)算如下：取R2=10k，取R3=20k，RP1=47k，平衡電阻k。由輸出頻率的表達(dá)式得：當(dāng)1Hzf10Hz時(shí)，取C2=10uF，R4=5.1k，RP2=100k，當(dāng)10Hzf100Hz時(shí)，取C2=1uF，以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4與RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10k。2.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路2.2.1差分放大器電路原理本設(shè)計(jì)選用差分放大器作為三角波正弦波的變換電路。波形變換的原理是：利用差分對管

14、的飽和與截止特性進(jìn)行變換。分析表明，差分放大器的傳輸特性曲線ic1(或ic2)的表達(dá)式為： (2-1)式中，；Io為差分放大器的恒定電流；VT為溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25時(shí)，mV。如果Vid為三角波，設(shè)表達(dá)式 (2-2)式中，Vm為三角波的幅度；T為三角波的周期。將(2-1)代入(2-2)計(jì)算，則ic1(t)或ic2(t)曲線近似于正弦波，則差分放大器的輸出電壓vc1(t)、vc2(t)也近似于正弦波，波形變換過程如圖2-6所示。為使輸出波形更接近正弦波，要求：1傳輸特性曲線盡可能對稱，線性區(qū)盡可能窄；2三角波的幅值Vm應(yīng)接近晶體管的截止電壓值。圖2-7為三角波正弦波的變換電路。其中，RP3

15、調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP4調(diào)整電路地對稱性，并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器地線性區(qū)。C3、C4、C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。圖2-6三角波正弦波變換圖2-7三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路2.2.2參數(shù)計(jì)算與元件選擇三角波正弦波變換電路的參數(shù)如下：因三角波頻率不太高，所以隔直電容C3、C4、C5要取得大一些，這里取C3=C4=C5=470uF。濾波電容C6視輸出的波形而定，若含高次諧波成分較多，C6可取得較小，一般為幾十皮法至幾百皮法。RE2=100與RP4=100相并聯(lián)，以減小差分放器的線形區(qū)。差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由恒流源Io決定，故一般先設(shè)定Io。Io取值不能

16、太大，Io越小，恒流源越恒定，溫漂越小，放大器的輸入阻抗越高。但I(xiàn)o也不能太小，一般為幾毫安左右。這里取差動放大的恒流源電流Io=1mA，則A1=A2=0.5mA，從而可求得晶體管的輸入電阻：為保證差分放大電路有足夠的輸入電阻ri，取ri>20k，根據(jù)ri=2(Rbe+RB1)得RB1>6.6k，故取RB1=RB2=6.8k因?yàn)橐筝敵龅恼也úǚ逯荡笥?V，所以應(yīng)使差動放大電路的電壓放大倍數(shù)Au40。根據(jù)Au的表達(dá)式：可求得電阻RL，進(jìn)而選取RC1=RC2=10k。發(fā)射極電阻一般取幾千歐姆，這里選擇RE3=RE4=2k，所以R2=9.3k。第3章電路安裝與調(diào)試技術(shù)3.1方波三角波

17、發(fā)生器的裝調(diào)由于比較器A1與積分器A2組成反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，故這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝，需要注意的是，在安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，否則電路可能會不起振。如果電路接線正確，則在接同電源后，A1的輸出Vo1為方波，A2的輸出Vo2為三角波，微調(diào)RP1，是三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。3.2三角波正弦波變換電路的裝調(diào)三角波正弦波變換電路可利用本差分放大器來實(shí)現(xiàn)。電路的調(diào)試步驟如下：1差分放大器傳輸特性曲線調(diào)試。將C4與RP3的連線斷開，經(jīng)電容C4輸入差模信號電壓Vid=50mV，fi=100Hz。調(diào)節(jié)RP4與電阻RW，

18、使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大Vid，直到傳輸特性曲線形狀如圖所示，記下此時(shí)對應(yīng)的峰值Vidm。移去信號源，再將C4左端接地，測試差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Io、VC1Q、VC2Q、VC3Q、VC4Q。2三角波正弦波變換電路調(diào)試。將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度（經(jīng)RP3后輸出）等于Vidm值，這時(shí)Vo3的波形接近正弦波，調(diào)整C6改善波形。結(jié)論雖然在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)之初，我已對一個(gè)完整課題的設(shè)計(jì)有一定的基礎(chǔ)了解，但是在格式和綜合運(yùn)用各方面等方面還存在較大的問題。通過在指導(dǎo)老師等幫助下，我首先用了一段時(shí)間對模擬電路的知識進(jìn)行了溫習(xí)，然后再根據(jù)以前的實(shí)訓(xùn)操作進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，最后對各個(gè)需要用到的知識有了一定的掌握和分析能力。在這之后的幾個(gè)星期中，我計(jì)劃的安排了設(shè)計(jì)時(shí)間，即此課題的需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等步驟，分階段地完成各設(shè)計(jì)任務(wù)。接著，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書以與需求分析的要求，對設(shè)計(jì)容進(jìn)行規(guī)化和具體化，并以前臺Word作為界面的設(shè)計(jì)工具對本課題進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。總之，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺自己從理論到實(shí)際操作都有很大的提高，也深刻認(rèn)識到要完成一項(xiàng)任務(wù)，首先必須要有一個(gè)詳細(xì)周密的計(jì)劃，系統(tǒng)的思維方式與方法。對待一個(gè)新的問題要有耐心，要善于運(yùn)用已有的資源