方波-三角波-正弦波函數(shù)信號發(fā)生器

1、 課程設計說明書課程設計名稱： 電子課程設計 課程設計題目：設計制作一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)轉換器 學 院 名 稱： 信息工程學院 專業(yè)： 電子信息科學與技術 班級： xxxxxxxx 學號： xxxxxxx 姓名： xxxxx 評分： 教師： xxxxxx 20 13 年 10 月 15 日18 電子課程設計 課程設計任務書20 13 20 14 學年 第 1 學期第 1 周 3 周 題目設計制作一個方波-三角波-正弦波函數(shù)轉換器內(nèi)容及要求 輸出波形頻率范圍為0.02Hz20KHz且連續(xù)可調(diào)； 正弦波幅值為2v ；方波幅值為2v ； 三角波峰峰值為2v，占空比可調(diào)。進度安排1.根據(jù)任

2、務要求，查閱相關資料，完成設計前的前期工作：2天；2根據(jù)資料，進行方案設計并對比論證，完成參數(shù)計算：2.5天；3領取元器件，連接電路完成電路調(diào)試：3天；4提交報告：12周學生姓名：xxx指導時間：第1-3周指導地點： 綜合樓中506室任務下達2013年9月2日任務完成2013 年 9 月 22 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師xxx系（部）主任賈杰注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設計結束后與“課程設計小結”、“學生成績單”一并交院教務存檔。摘 要當今世界在以電子信息技術為前提下推動了社會跨越式的進步，科學技術的飛速

3、發(fā)展日新月異帶動了各國生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。由此可見科技已成為各國競爭的核心，尤其是電子通信方面更顯得尤為重要，在國民生產(chǎn)各部門都得到了廣泛的應用，而各種儀器在科技的作用性也非常重要，如信號發(fā)生器、單片機、集成電路等。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。常用超低頻信號發(fā)生器的輸出只有幾種固定的波形，有方波、三角波、正弦波、鋸齒波等，不能更改信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用LM324振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機。本系統(tǒng)本課題將介紹由LM324集成電路組成的方波

4、三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器的設計方法，了解多功能函數(shù)信號發(fā)生器的功能及特點，進一步掌握波形參數(shù)的測試方法，制作這種低頻的函數(shù)信號發(fā)生器成本較低，適合學生學習電子技術測量使用。制作時只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。關鍵字：信號發(fā)生器、波形轉換、LM324目 錄目 錄1前 言2第一章 設計內(nèi)容及要求31.1、設計任務和要求31.2、設計目的3第二章 系統(tǒng)設計方案42.1本系統(tǒng)方案包括三個部分42.2硬件電路方案設計4第三章 各單元電路的工作原理63.1方波發(fā)生電路63.2 方波-三角波轉換電路83.3三角波-正弦波轉換電路9

5、第四章 安裝、調(diào)試與結果分析114.1 軟件仿真114.2 安裝電路114.3 實物調(diào)試及故障分析與排除12實驗小結13參考文獻14附錄151.總原理圖152.電路元器件清單163.芯片簡介17前 言隨著社會的發(fā)展與科技的進步，各式各樣的電子產(chǎn)品涌向市場，人們對電子產(chǎn)品的需求量也越來越大，對產(chǎn)品的性能要求也越高。作為一名電子類的大學生，在學習理論知識的同時也應增強學生的動手能力，電子課程設計為大學生提供了一個大的平臺，將理論知識與實踐相結合。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。本次實驗是設計制作一個方波-三角波-正弦波函數(shù)信號發(fā)生器。通過各個途徑查

6、找資料，從而設計出理想的電路圖并仿真；方案通過后開始制作電路板，需進行排版、焊接、布線等操作；電路板制作完后就進行調(diào)試，通過調(diào)試可檢查電路板是否合格。其中方案設計及電路分析思路值得學生學習和研究，從而將該方案更好地應用到課程設計中。 第一章 設計內(nèi)容及要求1.1、設計任務和要求 設計制作一個產(chǎn)生方波三角波正弦波函數(shù)轉換器 要求： 1輸出波形頻率范圍為0.02Hz20KHz且連續(xù)可調(diào)2正弦波幅值為2v3方波幅值為2v4三角波峰峰值為2v，占空比可調(diào)1.2、設計目的 1鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學知識的能力。2培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻資料的自

7、學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關問題，學會自己分析并解決問題的方法。3通過電路方案的分析、論證和比較，設計計算和選取元器件;初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。4了解與課題有關的電子電路以及元器件的工程技術規(guī)范，能按設計任務書的要求，完成設計任務，編寫設計說明書，正確地反映設計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。5 培養(yǎng)嚴肅、認真的工作作風和科學態(tài)度第二章 系統(tǒng)設計方案2.1本系統(tǒng)方案包括三個部分1、比較器電路2、積分器電路3、差分放大器電路 2.2硬件電路方案設計 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差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗

8、高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路如下圖2.1所示：圖2.1 設計框圖系統(tǒng)設計電路總圖如圖2.2所示 圖2.2系統(tǒng)設計電路總圖第三章 各單元電路的工作原理3.1方波發(fā)生電路因為方波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平（如圖3.1所示），所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來

9、確定每種狀態(tài)維持的時間。方波電壓狀態(tài)如下圖3.1所示： 圖 3.1 方波電壓狀態(tài)此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成（如圖3.2所示）。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R1對電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R1對電容C反向充電。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-U

10、t,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。方波發(fā)生電路如下圖3.2所示：圖 3.2 方波發(fā)生電路欲改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正向和反向充電的時間常數(shù)不同，即兩個充電回路的參數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑щ娏髁鹘?jīng)不同的通路，從而實現(xiàn)占空比可調(diào)如下圖3.3所示：圖 3.3占空比可調(diào)電路占空比的計算式為：。3.2 方波-三角波轉換電路將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓（如圖3.4所示）。當方波發(fā)生電路的輸出電壓Uo=+Uz時，積分運算電路的輸出電壓Uo將線性下降；而當Uo=-Uz

11、時，Uo將線性上升。積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓Uo1，而且Uo1不是+Uz，就是-Uz。設初態(tài)時正好從-Uz躍變?yōu)?Uz，則積分電路反向積分，Uo隨時間的增長線形下降，一旦Uo=-Ut，再稍減小，Uo1將從+Uz躍變?yōu)?Uz。積分電路正向積分，Uo隨時間的增長線形增大，一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo1將從-Uz躍變?yōu)?Uz，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。電路重復上述過程，因此產(chǎn)生自激振蕩，三角波發(fā)生電路如下圖3.5所示：圖 3.4 三角波發(fā)生電路 方波-三角波波形圖如下圖3.5所示：圖3.5方波-三角波波形3.3三角波-正弦波轉換電路差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗

12、干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。正弦波電路如下圖3.6所示： 圖 3.6 正弦波發(fā)生電路為使輸出波形更接近正弦波：（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3） 圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中R4和R12調(diào)節(jié)三角波的幅度，R13調(diào)整電路的對稱性。電容C1為隔直電容，C2和C3為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。第四章 安裝、調(diào)試與結果分析4.1 軟件仿真將上述設計方案進行仿真得到如下結果：（1）方波

13、-三角波-正弦波仿真圖如下圖4.1所示：圖4.1方波-三角波-正弦波仿真圖仿真是對電路可行性的理論分析，是檢驗電路正確性的輔助手段。設計時按照理論計算選取的電路參數(shù)，帶入進行仿真后，基本得到設計的參數(shù)要求，即方波幅值為2v，三角波峰峰值為2v，正弦波幅值為2v。4.2 安裝電路1. 將LM324裝上電路板，設計并排版，使各元件易于焊接且美觀；2. 分別把各電阻及電容放入適當位置，尤其注意電位器和穩(wěn)壓管的接法，由于本電路用到了三個LM324，所以應明確各管腳的接線位置，并將電阻電容等焊在易于連線的位置，避免短路、少焊、虛焊等問題，也使電路易于檢查；3. 按圖接線，注意直流源的正負及接地端。4.3

14、 實物調(diào)試及故障分析與排除將LM324的4腳和11腳分別接正負電壓，接上示波器觀察波形。首先分別調(diào)試各電路，在調(diào)試方波發(fā)生電路時，發(fā)現(xiàn)雖然有波形產(chǎn)生，但幅值偏小，達不到要求，多次檢查后發(fā)現(xiàn)，LM324所接的是5V電壓，當調(diào)整至15V電壓后，幅值增大，基本達到設計要求。之后調(diào)試三角波發(fā)生電路，發(fā)現(xiàn)也是幅值達不到要求，并且波形部分失真，又進行了仿真，并在電路板上插線連接模擬了真實電路，改變了電路參數(shù)，之后達到了設計要求。最后調(diào)試正弦波發(fā)生電路，起初沒有波形產(chǎn)生，后將萬用表打至蜂鳴檔檢查電路各連接點是否短路和電路焊接是否正確，找到了問題，發(fā)現(xiàn)有一處出現(xiàn)了少焊，重新焊接后，有波形產(chǎn)生，但發(fā)生了嚴重失真

15、，于是又進行仿真，再次用電路板插線連接模擬真是電路，改變電路參數(shù)，使波形達到設計要求，但是頻率范圍比較窄，改變了圖中某些元件的參數(shù)（變換了電容）后，重新調(diào)試，基本達到了設計要求。各波幅值達到設計要求后，又對參數(shù)進行了調(diào)整，使其頻率在0.02Hz20KHz且連續(xù)可調(diào)。實驗小結 經(jīng)過兩個星期的課設實驗，收獲了挺多的。前一個星期大都是在圖書館或是電腦上花費的，主要是查找實驗相關的資料并設計出合理的實驗方案，單就方案設計就讓人頭疼，不過依靠現(xiàn)在發(fā)達的科技以及圖書館的豐富的資料，終于設計出了合理的方案。方案設計以及仿真都還是挺順利的，在老師的檢查下，方案得到了老師的認可，接下來便是制作轉換器電路板。在這

16、方面，存在挺多問題的，象是電路排版，焊接，都挺難的，總之要細心加耐心。焊接是個技術活，要多次練習焊接，才能焊出好的作品，不會出現(xiàn)虛焊，焊盤脫落。做了兩個電路板，都出現(xiàn)了虛焊，在調(diào)試過程中都不理想，波形出不來，只有先檢查電路，再檢查焊的有沒問題，檢查多次才找出了問題，好多處都出現(xiàn)了虛焊以及電路設計方面還有待改進，于是又重新調(diào)整了一下電路，并重新制作。通過和搭檔的不懈努力終于將第三塊板焊好了，調(diào)試波形也出來了，唯一一點不足就是頻率范圍窄了點，達不到要求，在張老師和歐老師的指導下，我們改變了電路中電容的值，經(jīng)過老師的多次指導，頻率范圍變寬了，基本達到了要求。這次課設實驗感受挺多的，其實整個階段挺快樂

17、，同時讓我明白了：只有實踐了，你才能得出正確的答案，而理論，你只能當做參考，理論得到實踐才是真知。這次課程設計的經(jīng)歷將是作為財富而不僅僅是經(jīng)驗。課程設計就是將理論知識在實際中驗證，應運于實際這才是學習的目的。參考文獻1童詩白主編模擬電子技術基礎（第四版）北京. 高等教育出版社2李萬臣主編模擬電子技術基礎與課程設計.哈爾濱工程大學出版社，2001.33胡宴如主編. 模擬電子技術. 北京. 高等教育出版社，20004鄧謙、劉清平、張琦、黃麗貞主編.電子技術事件2(低頻電子線路)實驗指導書.南昌航空大學電子信息工程學院電子實驗實踐教學中心5電子設計應用2009年第5期 國家一級科技期刊6電子器件2009年第32卷 第3期 中國科技核心期刊7電子線路課程設計北京.電子工業(yè)出版社附錄1.總原理圖2.電路元器件清單主要元件規(guī)格穩(wěn)壓管兩個芯片一個LM324電阻一個1K一個8.2K五個10K一個47K電位器一個50一個200K兩個1M電容三個0.1F一個1F 3.芯片簡介LM324系列器件為價格便宜的帶有