信号发生器设计 课程设计.docx
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信号发生器设计课程设计
课程设计
题 目 信号发生器设计
学院名称
指导老师
班 级
学 号
学生姓名
2012年1月
1．设计任务-------------------------------------------------------------------------------------------------1
2．总体方案框图--------------------------------------------------------------------------------------1
2.1信号发生器的总方案--------------------------------------------------------------------------1
2.2原理框图-------------------------------------------------------------------------------------------1
3．各单元电路设计、电路参数计算及简要说明---------------------------------------2
3.1正弦波-------------------------------------------------------------------------------------2
3.2方波------------------------------------------------------------------------------------3
3.3三角波-----------------------------------------------------------------------------------4
4.总体电路原理图及原理说明-----------------------------------------------------------------4
4.1总原理图及其原理-----------------------------------------------------------------------------4
4.2Multisim仿真结果------------------------------------------------------------------------------5
4.3输出信号的频率范围------------------------------------------------------------------------7
5.安装调试（仪器选用、调试步骤、故障分析处理）-----------------------------10
5.1安装与调试--------------------------------------------------------------------------------------10
5.2注意事项------------------------------------------------------------------------------------------11
6.心得体会---------------------------------------------------------------------------------------------12
7.电子元器件清单---------------------------------------------------------------------------------13
8.参考文献书目-------------------------------------------------------------------------------------13
1.设计任务
设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。
输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：
（1）输出信号的频率范围为100~800Hz，步进为100Hz。
（2）要求输出信号无明显失真，特别是正弦波信号。
2.总体方案框图
2.1信号发生器的总方案
函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 （如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
本课题中函数发生器电路总方案为由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由文氏电桥震荡电路来完成。
2.2原理框图
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：
由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器
得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由文氏电桥震荡电路来完成。
3.各单元电路设计、电路参数计算及简要说明
3.1正弦波
RC串并联选频网络构成文氏电桥振荡电路。
选频网络的输入电压即为运放的输出电压Uo,选频网络的输出电压Uf为运放的输入电压。
由于电路中存在两个容性元件C因此选频网络的输出电压Uf必与频率有关。
其中反馈网络的反馈系数
在文氏电桥振荡电路分析可得，只有当频率为fo的输出电压uo，通过选频网络传输到集成运放同相端，才能使Uf与Uo同相，即φa+φf=2nπ，满足相位平衡的条件。
同时，防亏电压Uf的幅值最大，而且为输出电压Uo的1/3倍。
故只要集成运放组成的同相输入比列器的电压放大倍数A≥3，则可以满足幅值平衡条件和起振的条件，产生频率为fo的正弦波震荡，其他频率的分量饿不满足振荡条件而受到抑制。
如果要改变振荡频率f0，通过改变选频网络的参数RC即可。
输出正弦波频率：
图3.1 正弦波产生电路
3.2方波
再接通电源的瞬间，在零电平比较器中，运放的一个输入端接地，因而只要另一个输入端电平高与地电位，则输出一种电平；反之就输出一个反相的电平，所以他们构成的是零电平比较器。
当电压比较器的输入信号是具有一定幅度 而且连续变化的周期信号时候，在其输出端可得到与输入信号同频的方波（高电平与低电平时间相等）或矩形波（高电平与低电平时间不相等）就构成了方波。
电压的变化规律为：
uo1= UZ，
图3.2 方波—三角波产生电路
3.3三角波
迟滞比较器Ａ１的反相输入端接地，同相是如端电压ub由u01和u02两个电压共同作用，比较器的输出电压uo1作为积分器Ａ２的输入信号，因uo1d大小等于稳压管的稳定值Ｕ２，积分电容器被恒流充电。
若uo1为+Ｕz，则电容器Ｃ充电，输出电压uo 线性下降，当uo下降到某一个负值时，使Ａ１的同相输入端电压ub低于零时，Ａ１的输出电压uo1从+Ｕz跳到—Ｕz。
在uo1变为－Ｕz后，电容器Ｃ放电，输出电压uo 线性上升，当uo 从—Ｕz跳回到+Ｕz，如此周期，产生振荡。
Ａ１的输出端产生方波信号，Ａ２的输出端产生三角波信号。
当Uo1从+Uz跳变到-Uz时，或是从-Uz跳到变到+Uz时，对应的Uo1的值就是其振幅Uom。
而Uo发生转变的时刻，又是对应A1的同相输入端电压Ub等于零的时刻，流过R1的电流等于流过R2的电流，即：
故三角波的幅值由上式可得：
4.总体电路原理图及原理说明
4.1总原理图及其原理
先通过过零比较器产生方波，再通过积分电路产生三角波，最后通过文氏电桥形成正弦波。
电路采用LM324，实现了设计的基本要求，能够产生稳定的方波、三角波和正弦波，通过整流滤波电路形成整流波。
但各波形的频率和幅度的实际值和理论值相比，误差较大。
是由于器件本身带来的误差，其中积分电容带来的误差较大。
在实际电路中，对电阻、电容等参数的计算需进一步改进。
图4.1 三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路
图4.2 LM324芯片引脚图
4.2Multisim仿真结果
用Multisim进行仿真，输出的结果如图：
正弦波：
方波：
三角波：
4.3输出信号的频率范围
（1）正弦波：
通过调节同轴划线变阻改变输出频率
（2）方波：
通过调节100K的划线变阻器改变输出频率
（3）三角波：
通过调节100K的划线变阻器改变输出频率
5.安装调试（仪器选用、调试步骤、故障分析处理）
5.1安装与调试
5.1.1方波---三角波发生电路的安装与调试
安装方波——三角波产生电路
①把两块KIA324集成块插入面包板，注意布局；
②分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；
③按图接线，注意直流源的正负及接地端。
5.1.2正弦波转换电路的安装与调试
安装正弦波变换电路
①在面包板上接入文氏电桥电路，注意三极管的各管脚的接线；
②搭生成直流源电路，注意R*的阻值选取；
③接入各电容及电位器；
④按图接线，注意直流源的正负及接地端。
5.1.3调试和检测
整个电路连接完之后，就可以对该电路进行调试和检测了，以发现和纠正设计方案的不足之处。
在进行调试和测试之前，首先要对电路进行检查。
对照原理图按顺序一一检查，以免产生遗漏。
以芯片作为中心进行检查，把每个元器件的引脚依次检查，看是否有接错线或者漏接等问题，为了防止出现错误，最好对已经检查好的线路在原理图上做好标记，倘若线路检查无误，则可以对线路进行调试和测试了。
用万用表适当的档位对线路进行测试，看线路是否有短路或者断路等问题，如果出现错误，就立即进行改进，修改再进行调试。
5.2注意事项
为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。
为此，需注意以下几点：
（1）正确使用测量仪器的接地端。
（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。
因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。
（3）仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。
（4）用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。
（5）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要记录。
记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。
只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。
（6）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问
题就拆掉线路重新安装。
因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。
我们应该认真检查。
调试结果是否正确，在很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。
6.心得体会
经过两个星期的奋战，我终于完成了电子技术课程设计。
在这次课程设计中，通过亲手动手，在实践中也学习到了很多。
在这两星期的学习、设计过程中我感触颇深。
通过这次课程设计，使我对抽象的理论有了具体的认识。
我掌握了方波，三角波及正弦波的产生和三者之间的转换过程，此外，在设计过程中我掌握了常用元件的识别和测试，如电阻阻值的判断，三极管极性的判断等常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等等。
在应用电路的设计中，需要使用Multisim软件，因为许久没有使用过Multisim了，一开始操作有些生疏。
于是找到以前学习过的教材认真查阅，直到弄懂了相关的操作。
经过努力我终于画出了原理图，也成功的检测出了波形。
这整个过程让我对Multisim等软件的使用有了更多的体会，大大提高了自己的动手能力。
接下来，最辛苦的还是做实物了。
整个焊接过程用了整整两天，这两天真的过的充实而有意义。
首先，布局是整个焊接过程最重要的一部分，经过良好的布局，焊接起来才可以事半功倍。
所以我在布局上耗费了大部分的时间，接下来的焊接工作才可以说是得心应手。
虽然制作实物非常的幸苦，手经常被烫伤，但是当看到一个完整的信号发生器做出来，心里还是非常开心的！
在没有做课程设计以前，我觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次课程设计后，发现自己的看法有点太片面。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我明白了自己所学的知识还非常欠缺。
自己要学习的东西还太多。
这是我在李圣老师的指导后交的第二份课程设计报告，前面一份有太多需要修改的地方，非常谢谢老师精心地指导！
让我学到了很多，也看到了自己在做课程设计方面很多不成熟的地方。
整个过程虽然有些辛苦，可是当看见一份完整的课程设计在自己的努力下终于做成的时候，此时此刻心里更多的是一份喜悦和舒心。
所以要做成一件事，一定要有耐心和恒心！
7.电子元器件清单
元器件明细清单如下：
名称
型号与主要参数
数量
运放器
KIA324P
1个
电容
10nF
3个
二极管
1N4148
2个
稳压二极管
3V
2个
电阻
1k
/2.7k
/5.1k
/9.1k
/10k
/15k
/25k
1/1/1/1/2/3/1个
可变电阻
50k
/100k
1/1个
同轴电位器
100K
1个
恒压电源
12V
1个
单刀双掷开关
2个
8.参考文献书目
[1].彭介华.电子技术课程设计指导[M]，北京：
高等教育出版社，2008.12
[2].杨颂华等主编.数字电子技术基础.西安：
西安电子科技大学出版社，2000.7
[3].高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社，2002.2
[4].黄智伟主编.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：
电子工业出版社，2008.1
[5].康华光.电子技术基础（数字部分）.武汉：
高等教育出版社，2005.7
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