多种信号发生器.docx
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多种信号发生器
辽宁工业大学
模拟电子技术基础课程设计（论文）
题目：
多种波形发生器
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
（签字）
起止时间：
2012.7.2—2012.7.15
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电子与信息工程学院教研室：
电子信息
学号
学生姓名
专业班级
课程设计题目
多种波形发生器
课程设计（论文）任务
设计任务：
1.波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
2.设计电路所需的直流稳压电源。
功能要求：
1.输出的各种波形工作频率范围0.02Hz～1kHz连续可调。
2.正弦波幅值±10V，失真度小于1.5％。
3.方波幅值±10V。
4.三角波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。
设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
进度计划
1、分析题目的功能要求，查找和分析参考资料（1天）
2、画出电路原理图，分析电路原理图和列出器件表（2天）
3、购买元器件（1天）
4、安装电路（2天）
5、电路调试（5天）
6、撰写、打印设计说明书（1天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
波形发生器广泛用于各大院校和科研场所。
随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。
利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器通过555数字芯片构成多谢振荡器，组成RC积分电路来分别实现方波、三角波和正弦波的输出。
它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。
关键词：
波形；电路；信号；
第1章多种波形发生器的设计要求
用小规模集成芯片设计一个多种波形发生器，要求能实现方波、三角波和正弦波等多种波形的输出。
并且电路现象应清晰。
设计题目和设计指标
题目：
多种波形发生器
技术指标：
1.输出的各种波形工作频率范围0.02Hz～1kHz连续可调。
2.正弦波幅值±10V，失真度小于1.5％。
3.方波幅值±10V。
4.三角波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。
设计功能
主要功能：
用中小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
基本知识：
数子电子技术、模拟电子技术、555定时电路的原理及功能。
第2章整机电路的组成
2.1电路图
拿到课题时，经过一天的查找我们找到了两套方案
方案一:
用555定时器组成振荡器形成方波信号，以方波作为输入信号进入积分电路产生并输出三角波，然后，将三角波作为一个输入信号，进入另外一个积分电路，产生并输出一个正弦波。
方案二:
用555定时器组成振荡器形成方波信号，以此方波信号作为积分电路的输入信号，通过积分电路输出三角波信号；而另一条路径的方波信号作为滤波电路的输入信号，通过输入滤波电路产生并输出正弦波.
2.2电路图的比较
如图1电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。
555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚（放电管）。
由于R3+RP》R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。
按图所示元件参数，其频率为1KHZ左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。
方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。
三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。
C1是电源滤波电容。
发光二极管VD用作电源。
如图2所示该电路由积分器、施密特触发器、四模拟开关和反相放大器等组成。
四模拟开关CD4066由IC3的输出控制，使K1～K4通断。
IC1输出三角波，当其值超过2／3UDD时，555的3脚输出低电平，使K1、K3、K4断开，而K3接通；当三角波降至1／3UDD时，K2断开，K1、K3、K4接通。
此电路可有四种波形输出，即三角波、方波、负向锯齿波、间歇正想锯齿波。
改变C1可改变输出信号的频率，外加电压Um的大小决定输出波形的频率，转换系数约为2KHZ/V.
2.3电路图的选定
小组人员在对两套方案的优缺点进行认真比对以及指导老师关维国老师的建议下，考虑到现在的工作环境以及实现几率小组人员决定选电路简单、成本低廉、调试方便无环境需求的第一套方案。
第3章整机电路框图
3.1整机电路框图
根据课题设计技术指标的要求，本电路主要由电源指示灯、多谐振荡器、方波输出电路、三角波输出电路、正弦波输出电路等几部分组成。
整机电路框图如2-1所示
图3-1多种波形发生器方框图
3.1.1电路的方框图的原理
其工作原理为：
通过6V电源给电路供电，多谐振荡器输出脉冲给方波输出电路，方波信号经RC积分电路后输出三角波，输出三角波再经RC积分电路输出正弦波。
第4章单元电路设计、器件的选择
4.1555定时器及其应用
4.1.1工作原理
555电路的内部电路方框图如图3-1所示。
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K的电阻构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器C1的同相输入端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2／3Vcc和1／3Vcc.C1与C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2／3Vcc时，触发器复位；当输入信号自2脚输入并低于1／3Vcc时，触发器置位。
4.1.2内部电路框图及引脚功能
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图
引脚功能：
Vi1（TH）：
高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。
Vi2（
）：
低电平触发端，简称低触发端，标志为
。
VCO：
控制电压端。
VO：
输出端。
Dis：
放电端。
：
复位端。
是复位端，低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
4.2发光二极管
4.2.1工作原理
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
4.2.2结构图
4.3电容器
4.3.1电容的作用
所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。
电容的基本工作原理就是充电放电，当然还有整流、振荡以及其它的作用。
另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。
在计算机系统的主板、插卡、电源的电路中，应用了电解电容、纸介电容和瓷介电容等几类电容，并以电解电容为主。
纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体长方形。
额定电压一般在63V～250V之间，容量较小，基本上是pF（皮法）数量级。
现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区，且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。
万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发热。
瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁圆形。
其电容量较小，都在pμF（皮微法）数量级。
又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在1～3kV左右，
很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。
在计算机系统中应用极少，每个电路板中分别只有2～4枚左右。
电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同（所以在电解电容上有正负极之分，且一般只标明负极），两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。
因此，如若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从而出现外壳鼓起或爆裂现象。
电解电容都是圆柱形（图1），体积大而容量大，在电容器上所标明的参数一般有电容量（单位:
微法）、额定电压（单位:
伏特），以及最高工作温度（单
位:
℃）。
其中，耐压值一般在几伏特～几百伏特之间，容量一般在几微法～几千微法之间，最高工作温度一般为85℃～105℃。
指明电解电容的最高工作温度，就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。
所以，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出现，工作环境温度过高同样也会出现。
4.3.2电容的工作原理
从某种意义上说，电容器有点像电池。
尽管两者的工作方式截然不同，但它们都能存储电能。
像电池一样，电容器也具有两个电极。
在电容器内部，这两个电极分别连接到被电介质隔开的两块金属板上。
电介质可以是空气、纸张、塑料或其他任何不导电并能防止这两个金属极相互接触的物质。
利用两片铝箔和一张纸，您就可以轻松地制作一个电容器。
充电完成后，电容器与电池具有相同的电压（如果电池电压是1.5伏特，则电容器电压也是1.5伏特）。
小电容器容量较低，但大电容器可以容纳大量电荷。
4.4电阻器
4.4.1电阻器的介绍
导体对电流的阻碍作用就叫导体的电阻。
电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。
电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。
欧姆是这样定义的：
当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。
出了欧姆外，电阻的单位还有千欧（KΩ，兆欧（MΩ）等。
4.4.2电阻器的作用
小功率电阻器通常为封装在塑料外壳中的碳膜构成，而大功率的电阻器通常为绕线电阻器，通过将大电阻率的金属丝绕在瓷心上而制成。
如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流没有阻碍作用，串接这种电阻器的回路被短路，电流无限大。
如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻，则串接该电阻器的回路可看作开路，电流为零。
工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。
电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。
经过EWB仿真电路结果图如下；
【方波和正弦波】
【三角波】
课设总结
通过这次对多种信号发生器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于直流不间断电源的原理与设计理念。
要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。
而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为器件本身的特性而能够成功。
所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
总之，这次实训，不仅把课上学到的知识运用到实际的电路设计当中，也提高我们的实际操作能力，还学习到如何用软件设计电路，实在时学到很多东西。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
参考文献
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[11]《数字电子技术基础》第四版，阎石，高等教育出版社
附录1多种信号发生器电路图
附录2元件清单
元件名称
型号参数
数量
集成块
IC555
1
发光二极管
LED（红）
1
滑动变阻器
20K
1
电阻
0.51K
1
电阻
1K
1
电阻
10K
3
电阻
62K
1
电容
0.01u
2
电容
0.47u
1
电容
0.1u
1
极性电容
10u
1
极性电容
100u
1
万能板
S-1
1
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