信號發(fā)生器設計 課程設計

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1、 課程設計 題 目 信號發(fā)生器設計 學院名稱 指導老師 班 級 學 號 學生姓名 　 2012年1月 ii 目錄 1．設計任務---------------------------

2、----------------------------------------------------------------------1 2．總體方案框圖--------------------------------------------------------------------------------------1 2.1 信號發(fā)生器的總方案--------------------------------------------------------------------------1 2.2 原理框圖--------------------------------

3、-----------------------------------------------------------1 3．各單元電路設計、電路參數(shù)計算及簡要說明---------------------------------------2 3.1正弦波-------------------------------------------------------------------------------------2 3.2方波---------------------------------------------------------------------------

4、---------3 3.3 三角波-----------------------------------------------------------------------------------4 4.總體電路原理圖及原理說明-----------------------------------------------------------------4 4.1 總原理圖及其原理-----------------------------------------------------------------------------4 4.2 Multisim仿真結(jié)果----

5、--------------------------------------------------------------------------5 4.3 輸出信號的頻率范圍------------------------------------------------------------------------7 5. 安裝調(diào)試（儀器選用、調(diào)試步驟、故障分析處理）-----------------------------10 5.1 安裝與調(diào)試--------------------------------------------------------------------

6、------------------10 5.2 注意事項------------------------------------------------------------------------------------------11 6. 心得體會---------------------------------------------------------------------------------------------12 7. 電子元器件清單--------------------------------------------------------------

7、-------------------13 8. 參考文獻書目-------------------------------------------------------------------------------------13 i 1. 設計任務 設計一個能夠輸出正弦波、三角波和矩形波的信號源電路，電路形式自行選擇。輸出信號的頻率可通過開關(guān)進行設定，具體要求如下： （１） 輸出信號的頻率范圍為100~800Hz，步進為100Hz。 （２） 要求輸出信號無明顯失真，特別是正弦波信號。 2. 總體方案框圖 2.1 信號發(fā)生器

8、的總方案 函數(shù)信號發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。 產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題中函數(shù)發(fā)生器電路總方案為由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波

9、的變換電路主要由文氏電橋震蕩電路來完成。 2.2 原理框圖 本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示： 由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器 得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由文氏電橋震蕩電路來完成。 3. 各單元電路設計、電路參數(shù)計算及簡要說明 3.1 正弦波 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡構(gòu)成文氏電橋振蕩電路。選頻網(wǎng)絡的輸入電壓即為運放的輸出電壓Uo,選頻網(wǎng)絡的輸出電壓Uf為運放的輸入電壓。由于電路中存在兩個容性元件C因此選頻網(wǎng)絡的輸出電壓Uf必與頻率有關(guān)。其中反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù) 在文氏電橋振蕩電路分析可得，只有當頻率

10、為fo 的輸出電壓uo，通過選頻網(wǎng)絡傳輸?shù)郊蛇\放同相端，才能使Uf 與Uo 同相，即 φa+φf=2nπ，滿足相位平衡的條件。同時，防虧電壓Uf的幅值最大，而且為輸出電壓Uo的 1/3倍。故只要集成運放組成的同相輸入比列器的電壓放大倍數(shù)A≥3，則可以滿足幅值平衡條件和起振的條件，產(chǎn)生頻率為fo的正弦波震蕩，其他頻率的分量餓不滿足振蕩條件而受到抑制。 如果要改變振蕩頻率f0 ，通過改變選頻網(wǎng)絡的參數(shù)RC即可。 輸出正弦波頻率： 圖3.1 正弦波產(chǎn)生電路 3.2 方波 再接通電源的瞬間，在零電平比較器中，運放的一個輸入端接地，因而只要另一個輸入端電平高與地電位，則輸出一種電平

11、；反之就輸出一個反相的電平，所以他們構(gòu)成的是零電平比較器。當電壓比較器的輸入信號是具有一定幅度　而且連續(xù)變化的周期信號時候，在其輸出端可得到與輸入信號同頻的方波（高電平與低電平時間相等）或矩形波（高電平與低電平時間不相等）就構(gòu)成了方波。 電壓的變化規(guī)律為：uo1= UZ， 圖3.2 方波—三角波產(chǎn)生電路 3.3 三角波 遲滯比較器Ａ１的反相輸入端接地，同相是如端電壓ub由u01和u02兩個電壓共同作用，比較器的輸出電壓uo1作為積分器Ａ２的輸入信號，因uo1d大小等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定值Ｕ２，積分電容器被恒流充電。若uo1為+Ｕz，則電容器Ｃ充電，輸出電壓uo　線性下降，當uo下

12、降到某一個負值時，使Ａ１的同相輸入端電壓ub低于零時，Ａ１的輸出電壓uo1從+Ｕz跳到—Ｕz。在uo1變?yōu)椋誾后，電容器Ｃ放電，輸出電壓uo　線性上升，當uo　從—Ｕz跳回到+Ｕz，如此周期，產(chǎn)生振蕩。Ａ１的輸出端產(chǎn)生方波信號，Ａ２的輸出端產(chǎn)生三角波信號。 當Uo1從+Uz跳變到-Uz時，或是從-Uz跳到變到+Uz時，對應的Uo1的值就是其振幅Uom。而Uo發(fā)生轉(zhuǎn)變的時刻，又是對應A1的同相輸入端電壓Ub等于零的時刻，流過R1的電流等于流過R2的電流，即： 故三角波的幅值由上式可得： 4. 總體電路原理圖及原理說明 4.1 總原理圖及其原理 先通過過零比

13、較器產(chǎn)生方波，再通過積分電路產(chǎn)生三角波，最后通過文氏電橋形成正弦波。電路采用LM324，實現(xiàn)了設計的基本要求，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的方波、三角波和正弦波，通過整流濾波電路形成整流波。但各波形的頻率和幅度的實際值和理論值相比，誤差較大。是由于器件本身帶來的誤差，其中積分電容帶來的誤差較大。在實際電路中，對電阻、電容等參數(shù)的計算需進一步改進。 圖4.1 三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路 圖4.2 LM324芯片引腳圖 4.2 Multisim仿真結(jié)果 用Multisim進行仿真，輸出的結(jié)果如圖： 正弦波： 方波： 三角波： 4.

14、3輸出信號的頻率范圍 （1）正弦波：通過調(diào)節(jié)同軸劃線變阻改變輸出頻率 （2）方波：通過調(diào)節(jié)100K的劃線變阻器改變輸出頻率 （3）三角波：通過調(diào)節(jié)100K的劃線變阻器改變輸出頻率 5.安裝調(diào)試（儀器選用、調(diào)試步驟、故障分析處理） 5.1 安裝與調(diào)試 5.1.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試 安裝方波——三角波產(chǎn)生電路 ① 把兩塊KIA324集成塊插入面包板，注意布局； ② 分別把各電阻放入適當位置，尤其注意電位器的接法； ③ 按圖接線，注意直流源的正負及接地端。 5.1.2正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝

15、與調(diào)試 安裝正弦波變換電路 ①在面包板上接入文氏電橋電路，注意三極管的各管腳的接線； ②搭生成直流源電路，注意R*的阻值選??； ③接入各電容及電位器； ④按圖接線，注意直流源的正負及接地端。 5.1.3調(diào)試和檢測 整個電路連接完之后，就可以對該電路進行調(diào)試和檢測了，以發(fā)現(xiàn)和糾正設計方案的不足之處。 在進行調(diào)試和測試之前，首先要對電路進行檢查。對照原理圖按順序一一檢查，以免產(chǎn)生遺漏。以芯片作為中心進行檢查，把每個元器件的引腳依次檢查，看是否有接錯線或者漏接等問題，為了防止出現(xiàn)錯誤，最好對已經(jīng)檢查好的線路在原理圖上做好標記，倘若線路檢查無誤，則可以對線路進行調(diào)

16、試和測試了。 用萬用表適當?shù)臋n位對線路進行測試，看線路是否有短路或者斷路等問題，如果出現(xiàn)錯誤，就立即進行改進，修改再進行調(diào)試。 5.2 注意事項 為了保證效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點： (1)正確使用測量儀器的接地端。 (2)測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。因為，若測量儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。 (3)儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。 (4)用同一臺測量儀進行測量進，測量點不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。 (5)調(diào)試過程中，不但要認真觀察和測量，還要記錄。記錄的內(nèi)容包括實驗

17、條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實驗記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設計上的問題，完善設計方案。 (6)調(diào)試時出現(xiàn)故障，要認真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問 題就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題。我們應該認真檢查。調(diào)試結(jié)果是否正確，在很大程度上受測量正確與否和測量精度的影響。 6.心得體會 經(jīng)過兩個星期的奮戰(zhàn)，我終于完成了電子技術(shù)課程設計。在這次課程設計中，通過親手動手，在實踐中也學習到了很多。 在這兩星期的學習、設計過程中我感觸頗深。通過這次課程設計，使我對抽象的理論有了具體的認識。我掌握了方波，三

18、角波及正弦波的產(chǎn)生和三者之間的轉(zhuǎn)換過程，此外，在設計過程 中我掌握了常用元件的識別和測試，如電阻阻值的判斷，三極管極性的判斷等常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接方法；以及如何提高電路的性能等等。 在應用電路的設計中，需要使用Multisim軟件，因為許久沒有使用過Multisim了，一開始操作有些生疏。于是找到以前學習過的教材認真查閱，直到弄懂了相關(guān)的操作。經(jīng)過努力我終于畫出了原理圖，也成功的檢測出了波形。這整個過程讓我對Multisim等軟件的使用有了更多的體會，大大提高了自己的動手能力。 接下來，最辛苦的還是做實物了。整個焊接過程用了整整兩天，這兩天真的過的充

19、實而有意義。首先，布局是整個焊接過程最重要的一部分，經(jīng)過良好的布局，焊接起來才可以事半功倍。所以我在布局上耗費了大部分的時間，接下來的焊接工作才可以說是得心應手。雖然制作實物非常的幸苦，手經(jīng)常被燙傷，但是當看到一個完整的信號發(fā)生器做出來，心里還是非常開心的！ 在沒有做課程設計以前，我覺得課程設計只是對所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次課程設計后，發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己所學的知識還非常欠缺。自己要學習的東西還太多。 這是我在李圣老師的指導后交的第二份課程設計報告，前面一份有太多需要修改的地

20、方，非常謝謝老師精心地指導！讓我學到了很多，也看到了自己在做課程設計方面很多不成熟的地方。 整個過程雖然有些辛苦，可是當看見一份完整的課程設計在自己的努力下終于做成的時候，此時此刻心里更多的是一份喜悅和舒心。所以要做成一件事，一定要有耐心和恒心！ 7. 電子元器件清單 元器件明細清單如下： 名稱 型號與主要參數(shù) 數(shù)量 運放器 KIA324P 1個 電容 10nF 3個 二極管 1N4148 2個 穩(wěn)壓二極管 3V 2個 電阻 1k/2.7k/5.1k/9.1k/10k/15k/25k 1/1/1/1/2/3/1個 可變電阻 50

21、k/100k 1/1個 同軸電位器 100K 1個 恒壓電源 12V 1個 單刀雙擲開關(guān) 2個 8. 參考文獻書目 [1].彭介華.電子技術(shù)課程設計指導[M]，北京：高等教育出版社，2008.12 [2].楊頌華等主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎. 西安：西安電子科技大學出版社，2000.7 [3].高吉祥主編. 電子技術(shù)基礎實驗與課程設計. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.2 [4].黃智偉主編.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設計與分析.北京：電子工業(yè)出版社，2008.1 [5].康華光.電子技術(shù)基礎（數(shù)字部分）.武漢：高等教育出版社，2005.7 13