模电课程设计信号发生器设计.docx
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模电课程设计信号发生器设计
课程设计任务书
姓名：
院（系）：
专业：
班级：
11-4
课程设计题目：
信号发生器
课程设计要求：
．
①RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。
②矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。
③三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。
④多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围100Hz~3KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。
设计任务总述：
了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。
（培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
工作计划及安排：
熟悉课题要求，查找相关资料；
甄选资料的相关内容，初步确定设计方案；
设计详细电路图并用AltimDesigner软件绘制电路图；
对电路图进行检查，撰写课程设计报告。
成绩
指导教师签字___________________
年月日
一、设计题目：
信号发生器设计
二、设计目的：
掌握方波-三角波-正弦波的设计方法和调试技术。
三、设计内容与要求：
信号发生器是常用的测试仪器，常用的信号源有正弦波、方波、三角波、锯齿波、阶梯波等。
①RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。
②矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。
③三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。
④多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围100Hz~3KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。
四、设计思路及实验原理：
1、正弦波产生电路（由放大电路、选频网络和反馈网络组成）
从结构上看，RC正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。
振幅平衡和相位平衡是正弦波振荡电路产生持续振荡的两个条件。
其中，振荡频率是由相位平衡条件所决定的。
刚开始时，Rf略大于R1的两倍，这样放大倍数才会略大于3，电路才能够起振。
一段时间后，可以利用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定，也可以将Rf用滑动变阻器代替，人为调节放大倍数，从而使电路能够产生幅度稳定、几乎不失真的正弦波。
其选频网络的频率特性如下：
反馈网络的反馈系数为
由此可得RC串并联选频网络的幅频响应及相频响应
可以计算，当
时，幅频响应的幅值为最大，即
相应的相频响应的相位角为零，即
此时输出电压的幅值最大，并且输出电压为输入电压的３倍。
同时输出电压与输入电压同相。
该电路的工作原理为：
在
时，经RC选频网络传输到运放同相端的电压Vf与VO同相，即有
。
这样，放大电路与由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件，应此可能产生振荡。
即当R5选取适当时使得运放反相放大端电压为输出电压的三分之一。
当电路接通时由于噪音存在，在中多声频支中存在
这么一支。
经过运放放大后，反馈网络反馈回信号恰好等于输入电压使电路达到自激和稳定。
2、方波产生电路
方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。
由于方波包含了极丰富的谐波，因此，这种电路又成为多谐振荡电路。
基本电路图如右图所示，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由Rf、C组成的积分电路，把输出电压经Rf、C反馈到比较器的反相端。
在比较器的输入端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了一个如图所示的双向限幅方波发生电路。
工作原理：
电路主要是通过由Rf、C组成的积分电路充放电，再由比较器C翻转电压，来实现方波的产生。
经计算知，振荡周期
T=2RfCln（1+2R2/R1）
为了实现占空比可调，
只需适当改变电容C的正、反向充电时间常数。
所以，可以用右图所示的网络代替电阻Rf。
这样，振荡周期
T=（Rf1+Rf2）Cln（1+2R2/R1）
占空比为Rf1/（Rf1+Rf2）
3、锯齿波产生电路
由上图可见，它包括同相输入迟滞比较器C1和充放电时间常数不等的积分器A2两部分，共同组成锯齿波电压产生器电路。
电路原理
电路前半部分与方波产生电路相似，所以vo1为矩形波。
电路前半部分产生的矩形波经过R6向C充电，使输出电压按线性规律增长，从而在电路输出端产生锯齿波，即vo为锯齿波。
振荡周期
T=[2R1R6C（R6+2R5）]/[R2（R5+R6）]
五、仿真原理图与结果：
（1）RC桥式正弦波产生电路
300Hz正弦波波形
1KHz正弦波波形
10KHz正弦波波形
RC正弦波实验结果
频率
输出电压
理论值
300Hz
1kHz
10kHz
300mv~5V
实测值
274Hz
999.9Hz
9.58KHz
297mv~4.9v
（2）占空比可调的矩形波电路
矩形波波形
占空比可调的矩形波实验结果
频率
可调占空比范围
输出电压
理论值
3kHz
10%~90%
3V
实测值
3.1kHz
14%~73.5%
3.7V
（3）三角波电路
三角波波形
占空比可调的三角波实验结果
频率
可调占空比范围
输出电压
理论值
1kHz
10%~90%
3V
实测值
934Hz
11%~79.6%
3.4v
（4）多用信号源产生电路
方波、三角波、正弦波波形
多用信号发生器实验结果
可调频率范围
输出电压
理论值
100Hz~3KHz
5V
实测值
方波
三角波
正弦波
方波
三角波
正弦波
100Hz
100Hz
100Hz
5.1V
4.5V
4.6V
六、硬件设计及焊接测试
1、安装调试步骤：
（1）上网查资料，了解三极管各个引脚极性以及运放引脚功能；
（2）按图焊接好电路板，并检查确认无误后接通电源；
（3）将波形输出端与示波器相连，观察并调出正确波形，记录周期；
2、实
测方波波形
波
形：
三角波波形
正弦波波形
3、硬件制作需要的元器件清单
序号
名称
个数
1
芯片uA741
2个
2
5.1K电阻
2个
3
10K电阻
4个
4
510电阻
1个
5
1.5K电阻
1个
6
6.8K电阻
2个
7
1K电阻
2个
8
2K电阻
2个
9
5.6K电阻
1个
10
50K滑动变阻器
1个
11
10K滑动变阻器
1个
12
100K滑动变阻器
1个
13
47uF电容
1个
14
100nF电容
2个
15
三极管（9013）
2个
16
稳压管
2个
17
导线
若干
18
万用表
一个
19
示波器
一台
20
电源
一台
4、硬件测试所得参数：
频率f范围：
=56.4399HZ,
=1.1371KHZ
幅值（峰-峰值）：
方波：
9.7V三角波：
6.5V正弦波:
3.1V
5、遇到的问题及解决方法：
（1）正弦波起振缓慢或不起振。
原因分析：
起振条件不满足，反馈电流太小。
排除方法：
增大反馈电阻Rf,调节反馈系数。
（2）正弦波起振后顶部和底部同时失真，产生近似方波的不规则波形。
原因分析：
反馈电流过大。
排除方法：
调节反馈系数，减小反馈电阻Rf。
（3）频率增大时，正弦波和方波幅度不变，三角波幅度明显减小。
原因分析：
积分电路的积分时间常数通常是保持不变的，随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。
排除方法：
改变积分时间常数的大小。
同步减小C1或者R1，延长积分时间。
（4）三角波顶部或底部失真。
原因分析：
1.方波信号边沿失真。
2.积分电路时间常数选取不当。
排除方法：
1.在方波信号输出端增加稳幅电路。
2.改变积分时间常数的大小，或者选择一大电阻（300K左右）与积分电容C1并联，调节三角波线性度。
七、心得体会
通过这一周对一些简单电路的设计、分析，我学会了很多东西。
我深切体会到只有熟练地掌握了专业知识才能更好的指导我们的实践，使我们在实验中能够游刃有余。
在设计与制作过程中，我们积极的查阅资料，上网，我们都踊跃的参与到设计中来，我觉得自己的动手能力有了很大提高。
我们经常讨论，不断解决一些问题，加强了团结合作的团队精神。
在以后的学习生活中，我们认识到我们必须加强自己的动手能力，做到首脑并用，不断提高自己。
这次的课程设计取得了小小的成功，所有的电路功能基本全部实现，虽然有的波形有些小小的失真，但这是自己不断努力的结果，让我更加清楚的认识到，做工要讲求精细，我了解了很多之前不熟悉的器件的功能，受益匪浅，在以后的实践中我会再接再厉。
八、参考资料
《电子技术基础》模拟部分（第五版）康华光主编高等教育出版社
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