正弦波信号发生器设计课设综述.docx
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正弦波信号发生器设计课设综述
课程设计I（论文）说明书
（正弦波信号发生器设计）
2010年1月19日
摘要
正弦波是通过信号发生器，产生正弦信号得到的波形，方波是通过对原信号进行整形得到的波形。
本文主要介绍了基于op07和555芯片的正弦波-方波函数发生器。
以op07和555定时器构成正弦波和方波的发生系统。
Op07放大器可以用于设计正弦信号，而正弦波可以通过555定时器构成的斯密特触发器整形后产生方波信号。
正弦波方波可以通过示波器检验所产生的信号。
测量其波形的幅度和频率观察是否达到要求，观察波形是否失真。
关键词：
正弦波方波op07555定时器
引言2
1发生器系统设计2
1.1系统设计目标2
1.2总体设计2
1.3具体参数设计4
2发生器系统的仿真论证4
3系统硬件的制作4
4系统调试5
5结论5
参考文献6
附录7
1
引言
正弦波和方波是在教学中经常遇到的两种波形。
本文简单介绍正弦波和方波产生的一种方式。
在这种方式中具体包含信号发生器的设计、系统的论证、硬件的制作，发生器系统的调制。
1、发生器系统的设计
1.1发生器系统的设计目标
设计正弦波和方波发生器，性能指标要求如下：
1）频率范围100Hz-1KHz；
2）输出电压
>1V；
3）波形特性：
非线性失真
<5%。
1.2总体设计
（1）正弦波设计：
正弦波振荡电路由基本放大电路、反馈网络、选频网络组成。
2
图1.1
正弦波振荡电路产生的条件是要满足振幅平衡和相位平衡，即AF=1；φa+φb=±2nπ；A=X。
/Xid;F=Xf/X。
；正弦波振荡电路必须有基本放大电路，本设计以op07芯片作为其基本放大电路。
基本放大电路的输出和基本放大电路的负极连接电阻作为反馈网络。
反馈网络中两个反向二极管起到稳压的作用。
振荡电路的振荡频率f0是由相位平衡条件决定的。
一个振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这要求AF环路中包含一个具有选频特性的选频网络。
f0=1/2πRC。
要实现频率可调，在电容C不变的情况下电阻R可调就可以实现频率f0的变化。
（2）方波设计：
方波可以把正弦波通过斯密特触发器整形后产生。
基于555定时器接成的斯密特触发器。
设斯密特触发器输出波形为V1，V2且V1>V2。
输入正弦波v1从0逐渐升高的过程：
v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；
当1/3Vccv1>2/3Vcc时，v0=V2；
输入正弦波v1从高于2/3Vcc开始下降的过程：
当1/3Vcc输出v0=V2保持不变；v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；
此电路中会产生V=1/3Vcc的回差电压。
这个电压就是就是方波的振幅。
而方波的频率是随着正弦波的频率变化的。
所以方波的频率等于正弦波的频率f0。
3
（3）正弦波和方波的连接框图：
图1.2
1.3具体参数设计
根据设计的频率范围要求：
100Hz-1KHz；由f0=1/2πRC，在电容为0.1uF时。
可以计算出1.59k而正弦波的振幅由反馈网络中的R1、R2、二极管构成的稳压管电压VD决定。
正弦波输出电压V1=3R1/（2R1-R2）；为了能够起振，要求R1+R2>2R1，选择R1=5.1k，那么R2>5.1k，所以选择阻值为20k的可变电阻。
而在电源提供给芯片的电压中还有一些杂波，所以在接入C4、C5、C6起到滤波的作用。
C7是起到积分的作用和隔直流的作用。
总而使得方波的输出波形更加的稳定。
原理图（见附录图d）
2、发生器系统的仿真论证
在实际制作之前，根据设计的原理图，通过multisim10.0仿真软件进行仿真，完善原理图的设计。
仿真原理图（见附录图a），通过示波器检测得到的正弦波形（见附录图b），通过示波器检测得到的方波形（见附录图c）；
4
3、系统硬件的制作
电路板的绘画可以通过DXP2004来完成，根据设计的电路绘制原理图（见附录）绘制出的原理图导出PCB，再通过人工的排序后，设置线条的大小和安全距离，自动布线，再对自动布线后的结构做必要的修改，只PCB板更加的美
观（见附录）。
根据PCB板做出电路板。
并焊接。
完成电路板硬件的制作。
4、系统调制
用万用表根据原理图线路的连接对电路板进行检测是否有短路、虚焊、断路现象。
完成这些操作后，正确的把电路板接入电源。
用示波器检测波形的幅频特性和观察波形是否失真。
开始调制时。
由于设计的时候没有考虑到要频率的可调性，在选频网路中没有用到可调电阻，所以频率只能在一个频率点上，并不能满足频率可调的要求，根据频率的范围选择50k的级联电阻，使得选频网络中的电阻能够达到同步可调。
用级联电阻调节正弦函数的频率。
产生的正弦波导入斯密特触发器是，回出项较大程度的失真，可能是因为导入的正弦波中存在着杂波，导致整形后得到的方波出现毛尖的问题。
在导入正弦波之前加一个积分电容。
得到的波形基本达到要求。
调制完善后。
用示波器对波形进行测量，在大致不是真的情况下，频率在32Hz~4kHz，正弦波的峰峰值为：
6.8V，方波的峰峰值为3.1V。
基本达到了设计的要求。
频率理论值计算如下；
C3=0.1uF；Rp=0~50k；
=>31.8Hz<
<
；
但是在电路的调制过程中当调制的范围大于4kHz后，波形出项较严重的失真。
5、总结
正弦波-方波函数发生器可以分为正弦波产生部分和方波产生部分。
正弦波的产生电路时基于op07的放大电路实现的，通过放大电路的自激振荡来完成，这需要放大器满足自激振荡的条件：
AF=1；φa+φb=±2nπ。
由基本放大电路、选频网络、反馈网络构成。
而方波的才产生是由555构成的斯密特触发器整形后实现。
本文主要陈述了正弦波-方波函数发生器的原理，正弦波的设计，方波的设计。
绘制原理图到，设计PCB图，到做电路板和调制的全过程。
设计的电路基本完成了设计的要求，但其中也有缺点和需要完善的地方。
在正弦波部分缺点主要是波形有些微弱的失真，波形的上升部分下降部分微弱的不对称，可能是由于选择的元器件精确度不够，导致在调制的时候没有办法做到更加的准确。
方波部分可能是因为输入的正弦波并没有到达要求，所以输出的方波有些微弱的杂波。
出现毛尖现在。
因为电源提供给芯片的电压中也存在微小的杂波，如果能够把电源里的杂波滤除，系统收到的干扰也将会减少。
通过课程设计掌握了一个电路板从设计到调制完成的全过程。
5
参考文献
【1】康华光，陈大钦，张林.电子技术基础模拟部分（第五版）【M】北京：
高等教育出版社，2010：
339~342，434~441
【2】阎石.数字电子技术基础（第五版）【M】.北京：
高等教育出版社，2010，488~497
【3】周巍，黄建华.数字逻辑电路
实验
设计.
仿真【M】.成都：
电子科技大学出版社，2010，98~99
[1]陈尚松,雷加,郭庆.电子测量与仪器[M].北京：
电子工业出版社，2005：
108～126
6
附录
仿真原理图：
图a
正弦波仿真：
图b
7
方波仿真：
图c
DXP原理图：
图d
DXP-PCB图：
8
图e
附录f：
元件清单
序号
名称
数量
备注
1
555芯片
1
2
Op07芯片
1
3
八角芯片底座
2
4
电容
7
0.1uF
5
电阻
2
5.1k
6
级联电阻
1
50k
7
可变电阻
1
20k
8
排针
2
9
排线
1
10
二极管
2
6V
9
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