模電課程設計 信號發(fā)生器

1、模擬電子技術(shù)課程設計總結(jié)報告課題名稱：信號發(fā)生器設計院 系：信息工程學院班 級：姓 名：學 號：指導老師：一、 課題名稱信號發(fā)生器設計二、內(nèi)容摘要信號發(fā)生器，是一種在科研和生產(chǎn)中經(jīng)常用到的基本波形產(chǎn)生器，也是常用的測試儀器，常用的信號源有正弦波、方波、三角波、鋸齒波、階梯波等。隨著大規(guī)模集成電路的的迅速發(fā)展，多功能信號發(fā)生器已經(jīng)被制成專業(yè)集成電路，可以產(chǎn)生精確度較高的正弦波、方波、鋸齒波、三角波等多種信號。各種信號的頻率可以通過調(diào)節(jié)外接電阻和電容的參數(shù)值進行調(diào)節(jié)，為快速而準確地得到并利用這些基本波形提供了很大的方便。三、 設計內(nèi)容及要求1、 rc橋式正弦波產(chǎn)生電路，頻率分別為300hz、1kh

2、z、10khz、500khz，輸出幅值300mv5v可調(diào)、負載1k。2、 占空比可調(diào)的矩形波電路，頻率3khz，占空比可調(diào)范圍10%90%，輸出幅值 3v、負載1k。3、 占空比可調(diào)的三角波電路，頻率1khz，占空比可調(diào)范圍10%90%，輸出幅值 3v、負載1k。4、 多用信號源產(chǎn)生電路，分別產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，頻率范圍100hz3khz、輸出幅值5v、負載電阻1k。軟件仿真部分元器件不限，只需元件庫中有即可，但需要注意合理選取。四、信號發(fā)生器基本原理1、正弦波產(chǎn)生電路原理要產(chǎn)生正弦波，首先要有正弦振蕩電路，即要有一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡的正反饋放大電路。正弦振蕩波電路的振蕩條件為：

3、相位平衡和振幅平衡是正弦振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)真振蕩的兩個條件。正弦波的產(chǎn)生，可以選擇rc正弦波振蕩電路，還可以選擇lc正弦振蕩電路。但此處根據(jù)設計的要求，只能選擇rc正弦振蕩電路。如圖為rc橋式振蕩電路的原理圖，這個電路由兩部分構(gòu)成，即放大電路av和選頻網(wǎng)絡fv。av為由集成運放所組成的電壓串聯(lián)負反饋放大電路，取其輸入阻抗高輸出阻抗低的特點。而fv則由z1、z2組成，同時兼作正反饋網(wǎng)絡。 rc橋式振蕩電路電路振蕩的頻率：起振條件：開始時，av=1+rf/r1略大于3，達到平衡狀態(tài)時，av=3，fv=1/3。調(diào)整反饋電阻rf，使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說明負反饋太強，應適當加大rf。

4、如波形失真嚴重，則應適當減小rf。改變選頻網(wǎng)絡的參數(shù)c或 r，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容c作頻率量程切換，而調(diào)節(jié)r作量程內(nèi)的頻率細調(diào)。2、方波產(chǎn)生電路原理方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。，它是在遲滯比較器的基礎上，增加了一個由rf、c組成的積分電路，把輸出經(jīng)rf、c反饋到比較器的反相端。在比較器的輸出端引入限流電阻r和兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了一個如圖所示的雙向限幅方波發(fā)生電路。 雙向限幅的方波產(chǎn)生電路由于遲滯比較器中正反饋的作用，電源接通后瞬間，輸出便進入飽和狀態(tài)。電路振蕩頻率：3、三角波產(chǎn)生電路原理三角波的電路組成如圖所示，它包括同相輸入遲滯比較

5、器和充放電時間常數(shù)不等的的積分器兩部分，共同構(gòu)成鋸齒波電壓產(chǎn)生器電路。鋸齒波電壓產(chǎn)生電路三角波幅值： 方波、三角波發(fā)生器輸出波形 五、系統(tǒng)設計框圖多用信號源產(chǎn)生電路，可以同時產(chǎn)生多種類型的信號。其設計的系統(tǒng)框圖如下：積分電路三角波方 波正弦波過壓比較器 六、單元電路設計1、 正弦波電路設計正弦波產(chǎn)生電路按照設計要求，采用的是rc橋式正弦振蕩電路。其中rc串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時兼作選頻網(wǎng)絡，r3、r5及二極管等元件構(gòu)成負反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器r5，可以改變負反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個反向并聯(lián)二極管d1、d2正向電阻的非線性特性來實現(xiàn)穩(wěn)幅。d1、d2采用硅管（

6、溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負半周對稱。r1的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。調(diào)節(jié)電位器r5，使電路起振且失真最小。如不能起振，則說明負反饋太強，應適當加大rf。如波形失真嚴重，則應適當減小rf，調(diào)試后得到失真最小的波形。根據(jù)設計要求，正弦輸出的頻率要可調(diào)，則可以通過適當?shù)馗淖價、c的值來達到。正弦波產(chǎn)生電路的設計圖如下：正弦波產(chǎn)生電路輸出的正弦波形如下圖所示：2、 矩形波產(chǎn)生電路設計矩形波是通過遲滯比較器得到，并通過兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管限定輸出矩形波的幅度。通過改變r4與r5的比值大小可以調(diào)節(jié)輸出矩形波的頻率。通過調(diào)節(jié)電路圖中電位器r1與電位器r2

7、的阻值大小，使r1、r2的比值發(fā)生改變，從而可以達到調(diào)節(jié)矩形波占空比的目的。矩形波產(chǎn)生電路的電路設計圖如下圖所示：連接好電路圖，并通過仿真軟件得到產(chǎn)生的矩形波如下圖所示：3、三角波產(chǎn)生電路設計三角波的產(chǎn)生電路，包括同相輸入遲滯比較器和充放電時間常數(shù)不等的積分器兩部分。先通過遲滯比較器產(chǎn)生方波，再由方波積分得到三角波。三角波產(chǎn)生電路的設計圖如下：調(diào)節(jié)電容c1的大小，可以調(diào)節(jié)輸出三角波的頻率，仿真得到的三角波如圖所示。七、多用信號源產(chǎn)生電路完整電路圖多用信號源產(chǎn)生電路，可以同時產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。電路設計圖中，第一級為正弦波產(chǎn)生電路，該電路利用rc橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其中，通過適當改變橋

8、式電路中r與c乘積的大小可以改變電路輸出波形的頻率，通過調(diào)節(jié)r11到適當值來減小波形的失真。r4+r11與r3的比值應略大于2。在電路中還連接了兩個反向的二極管，其作用是穩(wěn)定輸出波形的幅度。rc橋式電路產(chǎn)生的正弦波接至下一級，作為下一級的輸入，并通過過壓比較器，產(chǎn)生方波。方波再經(jīng)過積分電路，得到三角波。八、組裝調(diào)試部分1、主要儀器：電阻、電位器、電容、二極管、7412、調(diào)試電路：按電路圖焊接好電路板。調(diào)節(jié)好滑動變阻器r1與r2的值，使他們均為25k，調(diào)節(jié)滑動變阻器r3，使它的阻值為8k。調(diào)試前，將電路板接入12v電壓，地線與公共地線連接。檢查電路無連接錯誤后進行調(diào)試。經(jīng)調(diào)試，得到如下波形圖：3

9、、故障、原因及排除方法（1）在第一級電路中無正弦波產(chǎn)生，可能的原因是rc橋式電路沒有起振，可以適當調(diào)試r11的值，使r11連入電路的有效值適當增大，達到起振條件并使電路起振，從而產(chǎn)生正弦波。（2）產(chǎn)生的正弦波存在一定的失真，原因是r11阻值過大，減小r11連入電路中的有效值，以消除波形的失真。（3）若在方波和正弦波皆正常的情況下不能產(chǎn)生三角波，則應調(diào)節(jié)c3和r7的值。（4）若整個電路均無波形產(chǎn)生，且各種設置都正確，則可能是電路中存在短路或斷路的情況，此時要認真檢查電路，看各個焊點是否都焊實了，有沒有兩個本應該分開的焊點因焊接時沒注意而相連導致短路，還應檢查電路中的各個元器件有沒有損壞，或者連接

10、的芯片是否是好的。檢查電路板時使用萬用表。九、總結(jié)該多用信號源的最突出的優(yōu)點是rc橋式振蕩電路的頻率可調(diào)性和對正弦波和方波失真時的可調(diào)節(jié)行，二者都可以通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)滑動變阻器的值來得到比較標準的輸出波形。另一個優(yōu)點就是在積分電路兩端并接了一個電容c3，可以在一定程度上減小三角波的失真。但在實際制板并調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)這個電路還存在一些需要改進的地方。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，無論怎樣調(diào)節(jié)，三角波總是存在一定的失真，這是積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象，可以將r7換成滑動變阻器，與c3一起作用，防止積分漂移，得到較標準的三角波。十、收獲和體會通過這次的課程設計，讓我的理論知識得到了進一步的鞏固，動手能力得到

11、了明顯的提高，同時，通過網(wǎng)上搜索等多方面的查詢資料，我學到許多在書本上沒有的知識，也認識到理論聯(lián)系實踐的重要。同時也深深的體會到，自己還有很多的東西都沒有掌握牢固，學過的東西沒有及時地鞏固，從而導致很多的東西才學過不久就基本忘記了。對于很多的元器件，都不是很清楚其用途與作用。在剛開始設計時，發(fā)現(xiàn)很多元件的參數(shù)和功能都不是很清楚，導致在用軟件仿真時經(jīng)常出現(xiàn)因選錯器件而不能產(chǎn)生正確波形的事情發(fā)生。在制板的過程中，則深深地體會到了耐心和細心的重要性。在剛開始焊接電路板時，由于很長時間沒有焊接過電路，感覺有點生疏了，焊出來的焊點都不是很實，很容易松動，并且焊接出的焊點很不光滑，焊了一個上午，看到別的同

12、學基本都完成焊接這一步了，很心急，結(jié)果焊得就更不理想了。本來是打算重新?lián)Q一塊新的電路板進行焊接的，但是卻還是不甘心就這樣放棄，于是，在別人都離開了的情況下，還是耐心地把那塊電路板焊接好了才離開實驗室。進行調(diào)試時又遇到了棘手的問題。連接好電源與地線后，無論怎么調(diào)試，卻總是不出現(xiàn)波形，三個輸出端口全部為直線，找老師詢問，老師說可能是電路連接上出了故障，要我用萬用表檢查電路，于是，拿著萬用表一點一點地檢查，檢查了好幾遍，卻仍是沒有發(fā)現(xiàn)一個問題，感覺很苦惱也很奇怪，便又請同學幫忙就檢查了一遍，仍然是沒有任何結(jié)果。檢查電路沒有錯誤，卻又得不到結(jié)果，最后想到，除了調(diào)試時使用的芯片沒有檢測以外，其他的全部都

13、都 沒有問題，那會不會是芯片的問題呢？但自己手中沒有多余的芯片，便從其他人那里借來了芯片重新測試，換了好幾個芯片，均沒有結(jié)果。最后，拿了一個別人調(diào)試時出了波形的芯片進行調(diào)試，終于得到了需要的波形。最終的問題真的是出在了調(diào)試芯片上，前幾個用的都是被同學們在調(diào)試過程中因操作不當或電路短路而燒壞了的芯片。如果沒有耐心檢查電路，或中途放棄，重新選擇連接電路，可能會瞎忙上好一陣，費時又費力。如果焊接時不細心，又會給我們的后續(xù)調(diào)試過程帶來多大的困難。所以，這次的課程設計真正讓我學到了很多東西，學到了很多的檢查、排除電路故障的方法，學到了很多以前不知道的理論知識，還了解到了很多實踐中要注意到的東西，動手能力也得到了極大的提高，積累了很多實踐經(jīng)驗。同時，也深深地體會到了指導老師對我們要求嚴格的初衷和給我們帶來的諸多益處。附錄：參考文獻：1、電子技術(shù)基礎 模擬部分（第五版） 康光華2、電路基礎 （第三版）3、常用模擬集成電路手冊元器件