模电课程设计 信号发生器.docx

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模电课程设计信号发生器

模拟电子技术课程设计

总结报告

课题名称：

信号发生器设计

院系：

信息工程学院

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

一、课题名称

信号发生器设计

二、内容摘要

信号发生器，是一种在科研和生产中经常用到的基本波形产生器，也是常用的测试仪器，常用的信号源有正弦波、方波、三角波、锯齿波、阶梯波等。

随着大规模集成电路的的迅速发展，多功能信号发生器已经被制成专业集成电路，可以产生精确度较高的正弦波、方波、锯齿波、三角波等多种信号。

各种信号的频率可以通过调节外接电阻和电容的参数值进行调节，为快速而准确地得到并利用这些基本波形提供了很大的方便。

三、设计内容及要求

1、RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΏ。

2、占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΏ。

3、占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΏ。

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1KΏ。

软件仿真部分元器件不限，只需元件库中有即可，但需要注意合理选取。

四、信号发生器基本原理

1、正弦波产生电路原理

要产生正弦波，首先要有正弦振荡电路，即要有一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。

正弦振荡波电路的振荡条件为：

相位平衡和振幅平衡是正弦振荡电路产生持续真振荡的两个条件。

正弦波的产生，可以选择RC正弦波振荡电路，还可以选择LC正弦振荡电路。

但此处根据设计的要求，只能选择RC正弦振荡电路。

如图为RC桥式振荡电路的原理图，这个电路由两部分构成，即放大电路Av和选频网络Fv。

Av为由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高输出阻抗低的特点。

而Fv则由Z1、Z2组成，同时兼作正反馈网络。

RC桥式振荡电路

电路振荡的频率：

起振条件：

开始时，Av=1+Rf/R1略大于3，达到平衡状态时，Av=3，Fv=1/3。

调整反馈电阻Rf，使电路起振，且波形失真最小。

如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。

如波形失真严重，则应适当减小Rf。

改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。

一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。

2、方波产生电路原理

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。

，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，把输出经Rf、C反馈到比较器的反相端。

在比较器的输出端引入限流电阻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。

双向限幅的方波产生电路

由于迟滞比较器中正反馈的作用，电源接通后瞬间，输出便进入饱和状态。

电路振荡频率：

3、三角波产生电路原理

三角波的电路组成如图所示，它包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的的积分器两部分，共同构成锯齿波电压产生器电路。

۠

锯齿波电压产生电路

三角波幅值：

方波、三角波发生器输出波形

五、系统设计框图

多用信号源产生电路，可以同时产生多种类型的信号。

其设计的系统框图如下：

正弦波

方波

三角波

过压比较器

积分电路

→→

六、单元电路设计

1、正弦波电路设计

正弦波产生电路按照设计要求，采用的是RC桥式正弦振荡电路。

其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R3、R5及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。

调节电位器R5，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。

利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。

D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。

R1的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

调节电位器R5，使电路起振且失真最小。

如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。

如波形失真严重，则应适当减小Rf，调试后得到失真最小的波形。

根据设计要求，正弦输出的频率要可调，则可以通过适当地改变R、C的值来达到。

正弦波产生电路的设计图如下：

正弦波产生电路输出的正弦波形如下图所示：

2、矩形波产生电路设计

矩形波是通过迟滞比较器得到，并通过两个背靠背的双向稳压管限定输出矩形波的幅度。

通过改变R4与R5的比值大小可以调节输出矩形波的频率。

通过调节电路图中电位器R1与电位器R2的阻值大小，使R1、R2的比值发生改变，从而可以达到调节矩形波占空比的目的。

矩形波产生电路的电路设计图如下图所示：

连接好电路图，并通过仿真软件得到产生的矩形波如下图所示：

3、三角波产生电路设计

三角波的产生电路，包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器两部分。

先通过迟滞比较器产生方波，再由方波积分得到三角波。

三角波产生电路的设计图如下：

调节电容C1的大小，可以调节输出三角波的频率，仿真得到的三角波如图所示。

七、多用信号源产生电路完整电路图

多用信号源产生电路，可以同时产生正弦波、方波、三角波。

电路设计图中，第一级为正弦波产生电路，该电路利用RC桥式振荡电路产生正弦波，其中，通过适当改变桥式电路中R与C乘积的大小可以改变电路输出波形的频率，通过调节R11到适当值来减小波形的失真。

R4+R11与R3的比值应略大于2。

在电路中还连接了两个反向的二极管，其作用是稳定输出波形的幅度。

RC桥式电路产生的正弦波接至下一级，作为下一级的输入，并通过过压比较器，产生方波。

方波再经过积分电路，得到三角波。

八、组装调试部分

1、主要仪器：

电阻、电位器、电容、二极管、741

2、调试电路：

按电路图焊接好电路板。

调节好滑动变阻器R1与R2的值，使他们均为25KΏ，调节滑动变阻器R3，使它的阻值为8KΏ。

调试前，将电路板接入±12V电压，地线与公共地线连接。

检查电路无连接错误后进行调试。

经调试，得到如下波形图：

3、故障、原因及排除方法

（1）在第一级电路中无正弦波产生，可能的原因是RC桥式电路没有起振，可以适当调试R11的值，使R11连入电路的有效值适当增大，达到起振条件并使电路起振，从而产生正弦波。

（2）产生的正弦波存在一定的失真，原因是R11阻值过大，减小R11连入电路中的有效值，以消除波形的失真。

（3）若在方波和正弦波皆正常的情况下不能产生三角波，则应调节C3和R7的值。

（4）若整个电路均无波形产生，且各种设置都正确，则可能是电路中存在短路或断路的情况，此时要认真检查电路，看各个焊点是否都焊实了，有没有两个本应该分开的焊点因焊接时没注意而相连导致短路，还应检查电路中的各个元器件有没有损坏，或者连接的芯片是否是好的。

检查电路板时使用万用表。

九、总结

该多用信号源的最突出的优点是RC桥式振荡电路的频率可调性和对正弦波和方波失真时的可调节行，二者都可以通过适当地调节滑动变阻器的值来得到比较标准的输出波形。

另一个优点就是在积分电路两端并接了一个电容C3，可以在一定程度上减小三角波的失真。

但在实际制板并调试的过程中发现这个电路还存在一些需要改进的地方。

在调试过程中发现，无论怎样调节，三角波总是存在一定的失真，这是积分漂移所造成的饱和或截止现象，可以将R7换成滑动变阻器，与C3一起作用，防止积分漂移，得到较标准的三角波。

十、收获和体会

通过这次的课程设计，让我的理论知识得到了进一步的巩固，动手能力得到了明显的提高，同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。

同时也深深的体会到，自己还有很多的东西都没有掌握牢固，学过的东西没有及时地巩固，从而导致很多的东西才学过不久就基本忘记了。

对于很多的元器件，都不是很清楚其用途与作用。

在刚开始设计时，发现很多元件的参数和功能都不是很清楚，导致在用软件仿真时经常出现因选错器件而不能产生正确波形的事情发生。

在制板的过程中，则深深地体会到了耐心和细心的重要性。

在刚开始焊接电路板时，由于很长时间没有焊接过电路，感觉有点生疏了，焊出来的焊点都不是很实，很容易松动，并且焊接出的焊点很不光滑，焊了一个上午，看到别的同学基本都完成焊接这一步了，很心急，结果焊得就更不理想了。

本来是打算重新换一块新的电路板进行焊接的，但是却还是不甘心就这样放弃，于是，在别人都离开了的情况下，还是耐心地把那块电路板焊接好了才离开实验室。

进行调试时又遇到了棘手的问题。

连接好电源与地线后，无论怎么调试，却总是不出现波形，三个输出端口全部为直线，找老师询问，老师说可能是电路连接上出了故障，要我用万用表检查电路，于是，拿着万用表一点一点地检查，检查了好几遍，却仍是没有发现一个问题，感觉很苦恼也很奇怪，便又请同学帮忙就检查了一遍，仍然是没有任何结果。

检查电路没有错误，却又得不到结果，最后想到，除了调试时使用的芯片没有检测以外，其他的全部都都没有问题，那会不会是芯片的问题呢？

但自己手中没有多余的芯片，便从其他人那里借来了芯片重新测试，换了好几个芯片，均没有结果。

最后，拿了一个别人调试时出了波形的芯片进行调试，终于得到了需要的波形。

最终的问题真的是出在了调试芯片上，前几个用的都是被同学们在调试过程中因操作不当或电路短路而烧坏了的芯片。

如果没有耐心检查电路，或中途放弃，重新选择连接电路，可能会瞎忙上好一阵，费时又费力。

如果焊接时不细心，又会给我们的后续调试过程带来多大的困难。

所以，这次的课程设计真正让我学到了很多东西，学到了很多的检查、排除电路故障的方法，学到了很多以前不知道的理论知识，还了解到了很多实践中要注意到的东西，动手能力也得到了极大的提高，积累了很多实践经验。

同时，也深深地体会到了指导老师对我们要求严格的初衷和给我们带来的诸多益处。

附录：

参考文献：

1、电子技术基础模拟部分（第五版）康光华

2、电路基础（第三版）

3、常用模拟集成电路手册

元器件清单：

信号发生器元件清单（模电课程设计）

序号

名称

型号规格

单位

数量

备注

1

集成电路

741

块

3

U1、U2、U3

2

二极管

DIODE-VIRTUAL

个

2

D3、D4

3

稳压管

6V

个

2

D1、D2

4

电阻

1k1/8W

个

3

R8、R9、R10

5

电阻

5.1k1/8W

个

5

R3、R4、R5、R6、R7

6

电位器

10k1/8W

个

1

R11

7

电位器

100k1/8W

个

2

R1、R2

8

瓷片电容

1uF

个

1

C3

9

瓷片电容

20nF（0.02uF）

个

2

C1、C2