函数发生器设计.docx

函数发生器设计.docx

《函数发生器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《函数发生器设计.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

函数发生器设计

电工电子技术课程设计

题目函数发生器的设计

班级

学号

姓名

指导付老师

时间12.17～12.21

景德镇陶瓷学院

电工电子课程设计任务书

姓名：

班级：

指导老师：

老师

题目：

函数发生器的设计

课题的任务

设计一方波-三角波-正弦波发生器

频率范围10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz；

频率控制方式通过改变RC时间常数手控信号频率

通过改变控制电压UC实现压控频率（VCF）

输出电压正弦波UPP≈3V幅度连续可调；

三角波UPP≈5V幅度连续可调；

方波UPP≈14V幅度连续可调。

波形特性方波上升时间小于2us；

三角波非线形失真小于1%；

正弦波谐波失真小于3%。

设计要求

1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；

2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；

3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；

4、列出标准的元件清单；

5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；

6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。

设计说明书字数不得少于3000字。

参考文献

【1】陶恒齐；电工与电子技术

【2】刘波；带有LAN接口的DDS函数发生器的研究；西华大学硕士学位（毕业）论文；2006.3至2007.5

【3】向余熊；基于DDS的函数发生器数字系统的设计与实现；电子科技大学硕士学位论文；2006.5

【4】张莹；双路DDS函数发生器A路信号及主控部分的设计；河北大学硕士学位论文；2008.5

【5】于鸿洲；基于DDS技术的函数波形发生器设计；哈尔滨理工大学硕士论文；2006.3

【6】韩金霞；基于DDS函数发生器的自动测试系统的研究；西华大学硕士学位论文；2011.4

一、总体方案与原理说明

函数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）。

为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

采用集成运放电路设计方案产生要求的波形:

主要是应用集成运放LM324,其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的,通过电压比较器可以形成方波,方波经过积分之后可以形成三角波,三角波再经过低通滤波可以形成正弦波,此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能,电路较简单,调试方便。

二、单元电路1——方波的设计

矩形波发生电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要成分;因为产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈,因为输出状态应按一定时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间.

图所示的矩形波放生电路,它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成.RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+Ut。

Uo通过R3对电容C正向充电，反相输入端电位随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo就从+Uz跃变为—Uz，与此同时Up从+Ut跃变为—Ut。

随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，或者说放电。

反相输入端电位Un随时间t增长而逐渐降低，当t趋于无穷时，Un趋于—Uz；但是，一旦Un=—Ut,再稍减小，Uo就从—Uz跃变为+Uz，与此同时Up从—Ut跃变为+Ut，电容又开始正向充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

图2.1滞回比较器的电压传输特性

图2.2方波发生电路的波形

三、单元电路2——三角波的设计

积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测量方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生.积分电路还可用于延时和定时。

在图3.1所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。

图3.1三角波发生电路图

3.2三角波发生电路的波形图

四、单元电路3——正弦波的设计

采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。

图中采用的是简单的二阶低通滤波电路，与同相输入端电路类似，增加RC环节，可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大，电路如图所示。

输出三角波。

三角波再经R10、C1积分网络，输出近似的正弦波。

五、总体电路原理相关说明

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。

本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。

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差分放大器来完成。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。

特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

六、总体电路原理图

七、元件清单

器件

型号

个数

备注

集成块

LM324

1

电阻

2K

4

1K

2

10K

2

100

1

变位器

100K

1

5K

1

电容

0.1uF

3

二极管

6.2V稳压二极管

2

插槽

14脚

1

八、参考文献

【1】潘松，黄继业编著；EDA技术实用教程；北京科学出版社；2002

【2】王秋生，王祁，孙圣和；直接数字合成调频信号的研究；仪器仪表学报

【3】褚振勇，翁木云；FPGA设计及应用；西安电子科技大学出版社；2002

【4】戴柠，陈一饶；DDS信号源的研制；仪器仪表学报；1996,17

（1）:

24-28

【5】张厥盛，曹丽娜；锁相与频率合成技术；电子科技大学出版社

【6】ADirect-DigitalSynthesizerwithImprovedSpectralPerformance；IEEETranonCommunication；Vol39.No7.July1991

【7】AlteraCorporation；AlteraDigitalLibrary2002

【8】徐键；高速数模转换器的设计思路及应用考虑（上）；电子技术应用；1998

【9】张强；电流反馈运算放大器与电压反馈运算放大器的区别与应用

【10】甘本袯，吴万春；现代微波滤波器的结构与设计科学出版社；1974年

【11】周承联；综合滤波器的理论与计算；人民邮电出版社.130-147

【12】RickCushing；ATechnicalTutorialonDigitalSignalSynthesis；1999AnalogDevices；Inc.5-28

【13】采用DDS技术实现的频率合成信号发生器；电子技术；1997年第一期

【14】张毅刚等；MCS51单片机应用设计；哈尔滨工业大学出版社；1997，328－340

【15】张玉兴；DDS高稳高纯频谱频率源技术系统工程；1997.12

【16】张骏凌,张玉兴；直接数字频率合成器的相位噪声分析电子科技大学学报；1999年2月

【17】高频滤波器与螺旋滤波器设计手册

【18】王建新；直接数字频率合成及其杂散分析；南京理工大学学报；1994

【19】朱明程；现场可编程门阵列器件FPGA原理及应用设计；电子工业出版社；1994

【20】J.Vankk；Methodsofmappingfromphasetosineamplitudeindirectdigitalsynthesis；IEEEProc.50thAFCS；1996:

942-950

【21】张毅刚，彭喜元，姜守达编著；新编MCS-51单片机应用设计；哈尔滨工业

九、设计心得体会

课程设计是继专业理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。

它的任务是在学生掌握和具备电子技术知识与单元电路的设计能力之后，综合所学知识进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，理论知识很枯燥，让人看而生畏，总是不能深入而透彻的掌握知识。

而做完课程设计，一些问题就迎刃而解了，而且还可以记住很多东西。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。

在制作实验报告时，发现只有细心耐心恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。

其中遇到的问题，方波的占空比不是50%，仿真出错的结果，好久都没有找到原因，后来学长说这个运放在仿真中不是理想的，所以导致两端输出的电压不同，引起的占空比不为50%。

后来选用了个质量好些的运放，解决了这个问题。

经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。

在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长；生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师、同学的辛勤指导下，终于顺利完成。