长沙学院函数信号发生器Word格式.docx

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二．技术参数和设计要求

1.技术参数

（1）频率范围：

在10－1000Hz范围内可调

（2）输出电压：

方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ>

1V；

2.设计要求

（1）根据技术参数设计电路原理图；

（2）计算并选择电路元件及参数；

（3）仿真调试电路；

（4）撰写设计说明书。

长沙学院课程设计鉴定表

专业

电气工程

班级

班

设计题目

指导教师意见：

评定等级：

教师签名：

日期：

答辩小组意见：

　　　　　答辩小组长签名：

　　　　　日期：

教研室意见：

教研室主任签名：

系（部）意见：

系主任签名：

　　　　　　　　日期：

说明

课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；

摘要4

引言4

第一章概述5

1.1函数信号发生器的作用意义5

1.2本次设计的函数信号发生器的要求5

1.3波形失真的研究5

1.3.1失真度的定义5

1.3.2失真分析法5

第二章电路原理及主要元器件介绍5

2.1电路原理5

2.2555定时器介绍5

第三章电路原理图7

3.1波形信号发生器总电路图7

3.2多谐振荡电路介绍8

3.3积分电路原理8

第四章电路的仿真及数据计算9

4.1电路仿真图9

4.2电路仿真结果图10

4.3电路仿真数据计算及结果12

第五章本次课程设计总计12

参考文献12

摘要

本文设计的函数信号发生器是以555定时器组成的多谐振荡器为核心。

设计的主要思路是多谐振荡器在接通电源后能自行产生矩形波，矩形波通过积分电路能够被转变为三角波，三角波再经过积分电路被转变为正弦波。

通过调节电路中相关电阻电容值可以改变占空比等的波形参数，从而可获得较好的波形。

总电路使用软件Multisim进行仿真，通过软件自带的示波器观察最后所得到的波形并通过失真分析仪研究波形的失真度。

引言

函数信号发生器是指能够产生某些特定的周期性时间函数波形信号的信号发生器，要求能够产生形状良好的方波、三角波、正弦波等波形，函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，常用于科研和生产。

本次设计旨在设计一函数信号发生器，并使用软件进行电路仿真，要求电路简单波形良好。

本文介绍了本次设计的函数信号发生器的工作原理，并介绍了555定时器的参数、工作原理，及利用555定时器联接而成的多谐振荡器以及电路相关参数的设定。

本文也说明了用Multisim仿真函数信号发生器的仿真情况。

在仿真过程中，记录波形参数，研究波形的失真度。

在初步设计的过程中，发现仿真时所得到的波形存在严重失真，于是改变了电路中相关电阻和电容的值，失真度得以改善，并获得了良好的波形。

本文开头介绍了失真度的定义，并介绍了波形失真的分析和计算方法。

第一章概述

1.1函数信号发生器的作用意义

凡是能够产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

函数信号发生器是指能够产生某些特定的周期性时间函数波形信号的信号发生器，常用于科研，生产，维修和试验中。

函数信号发生器是各种测试和实验中不可缺少的工具，在通信、测量、雷达、、控制、教学等领域应用十分广泛。

不论是在生产、科研还是教学上、信号发生器的设计方法多，设计技术也越来越先进，随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器已成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。

1.2本次设计的函数信号发生器的要求

（2）输出电压峰峰值：

1.3波形失真的研究

1.3.1失真度的定义

失真度是表征一个信号偏离纯正信号的程度。

失真度定义为信号全部谐波分量的能量与基波能量之比的平方根值，如果负载与信号频率无关，则信号的失真度也可以定义为全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比以百分数表示。

1.3.2失真分析法

目前测量失真度的原理大致分为两类：

基波剔除法和频谱分析法。

一般模拟式的失真度测量仪都采用基波剔除法，通过具有频率选择性的无源网络（如：

谐振电桥，文氏电桥，双T陷波网络等）抑制基波，由总电压有效值和抑制基波后的谐振电压有效值计算失真度。

第二类失真度测量采用频谱分析法，通过计算出各次谐波的大小来计算失真度。

此类测量方法的最小频率是2Hz

第二章电路原理及主要元器件介绍

2.1电路原理

本次设计采用555定时器组成多谐振荡器，在接通电源后自行产生矩形波，通过积分电路将矩形波转变为三角波，再经积分网络转变为正弦波，具体示意图如图1所示。

2.2555定时器介绍

555定时器是一种常见的集模拟与数字功能于一体的集成电路。

只要适当配接少量的元件，即可构成时基振荡、单稳触发等脉冲产生和变换的电路。

其广泛应用于生产实践的各个领域。

它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。

555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、由两个与非门G1和G2组成的基本RS触发器（低电平触发）、放电三极管T以及输出反相缓冲器G3组成，其内部结构图如图2所示。

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生1/3Vcc和2/3Vcc两个基准电压；

两个电压比较器C1、C2；

一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；

放电三极管T和输出反相缓冲器G3。

分析555定时器的内部电路图可知：

在555定时器的Vcc端和地之间加上电压，并让Voo悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压2/3Vcc，比较器C2反相输入端接参考电压1/3Ccc。

555定时器的控制功能说明如表1所示。

555定时器内部电路框图如图3所示

图3555内部电路框图

第三章电路原理图

3.1波形信号发生器总电路图

如下图所示电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出。

其中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。

三角波经R5、C6和R6、C7积分网络，输出正弦波。

C1是电源滤波电容。

发光二级管VD用作电源指示。

如图4所示可同时产生方波、三角波、正弦波并输出。

3.2多谐振荡电路介绍

用555定时器组成的多谐振荡器及工作波形如图5所示。

接通电源后，电容C被充电，当U1上升到2/3Vcc时，使U为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，当U1下降到1/3Vcc时，U翻转为高电平。

电容器C放电所需的时间为

T1=0.7R2C

（1）

当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1和R2向电容器C充电，U1由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间为

T2=0.7（R1+R2）C

（2）

当U1上升到2/3Vcc时，电路又翻为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。

其振荡频率为f=1.43/（R1+2R2）C（3）

占空比q%=T2/（T1+T2）（4）

3.3积分电路原理

积分电路结构如图6所示

图6积分电路结构图

RC积分电路是脉冲技术中常用的电路之一，该电路的时间常数t较大，一般取t>

=10tk。

当输入信号Ui在t1时刻U0（ti）=0，此后Ui向C充电，U0按指数规律上升：

在t1-t3间，Ui=0，电容C处于放电状态，U0下降，在t3-t4间U0又按指数规律上升，如此周而复始，就得到了近似锯齿波的输出电压。

矩形波的占空比不同，输出电压的幅度也不同。

显然，占空比越大，输出电压的幅度也就越接近输入信号的幅度E。

第四章电路的仿真及数据计算

4.1电路仿真图

4.2电路仿真结果图

矩形波仿真结果图

三角波仿真结果图

正弦波仿真电路图

4.3电路仿真数据记录及结果

仿真电路图时，输入电压为20V，由仿真结果图容易知道，当电位器以50%的阻值分配时，输出的三种波形的周期均为T=1/2×

2ms=1ms,则频率为f=1/T=1kHz.

在方波仿真图中可以看出其电压峰峰值Up-p=12v

在三角波仿真图中可看出其电压峰峰值为Up-p=8v

在正弦波仿真图中可以看出其电压峰峰值为Up-p=1.2v

当电位器以不同的百分比分配阻值时，相关数据会发生改变，从而可获得不同频率下各种波形的不同电压峰峰值。

第五章本次课程设计总计

在本次课程设计中我学到了很多从未学到过的东西，领会到了很多东西是仅仅在书本上无法学到的。

通过此次课程设计，我的理论知识得到了很好的掌握，尝试到了用自己所学到的理论知识去解决实际问题的喜悦感和自豪感。

最让自己高兴的是，自己的动手能力得到了很大的提高，通过在网上和图书馆查阅相关资料，自己学到了很多有趣的东西，并且对今后专业的学习具有很重要的意义。

通过本次课程设计，对自己今后专业知识的学习更加充满了信心，相信自己一定能够学好的！

在本次课程设计的过程中，我个人认为对Multisim软件的学习以及电路原理图相关参数的设计是具有一定的难度的，得花一定的时间好好去研究，但我始终坚持认为，只要自己不畏惧，认真思考，就一定能够很好地完成此次课程设计的任务。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础第四版[M].北京：

高等教育出版社，1998:

308-357

[2]杨志忠.电子技术课程设计[M].北京：

电子工业出版社，2009:

75-77

[3]张同怀，张庆玲.输出幅度可控制的信号发生器[J].科学技术与工程，2010，（13）

[4]康华光，陈大钦，张林.电子技术基础模拟部分第五版[A].武汉：

高等教育出版社，2005