函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

1、 華北科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)要求.2二、設(shè)計(jì)的作用、目的.2三、設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn).21. 系統(tǒng)概述.21.2設(shè)計(jì)方案及可行性.21.3各功能塊的劃分與組成.31.4總體工作過(guò)程.32. 單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析.42.1各組成電路部分的工作原理.42.2各部分電路的仿真.92.3有關(guān)參數(shù)的計(jì)算.13四、心得體會(huì)及建議.135、 附錄.15六、參考文獻(xiàn).1515函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告1. 設(shè)計(jì)要求在給定的v直流電源電壓條件下，用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠輸出正弦波，方波和三角波，幅值和頻率可調(diào)。信號(hào)頻率1HZ1KHZ。（1） 合理的設(shè)計(jì)硬件電路，說(shuō)明工作原理及設(shè)計(jì)過(guò)程

2、，畫(huà)出相關(guān)的電路原理圖（運(yùn)用Multisim電路仿真軟件）；（2） 選擇常用的電器元件（說(shuō)明電器元件選擇的過(guò)程和依據(jù)）；（3） 對(duì)電路進(jìn)行局部或整體仿真；（4） 按照規(guī)范要求，按時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告（打印或手寫(xiě)），2. 設(shè)計(jì)的作用、目的（1） 掌握函數(shù)信號(hào)發(fā)生器工作原理。（2） 熟悉集成運(yùn)放的使用方法。（3） 熟悉Multisim軟件的使用。3、 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1.系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)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。產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案也有多種，如先產(chǎn)生方波，再根據(jù)積分器轉(zhuǎn)換為三角波，最后通過(guò)差分放大電路轉(zhuǎn)換為正弦波?；?/p>

3、先產(chǎn)生正弦波，然后將正弦波轉(zhuǎn)為方波，再由方波轉(zhuǎn)換為三角波，最后由三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。1.2設(shè)計(jì)方案及可行性 方案一：本方案的電路圖由RC文氏電橋振蕩器，滯回比較器，積分器三部分組成。三角波方波正弦波 圖1-1原理框圖方案二：采用單片機(jī)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)（如89C51單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換器，再濾波放大），通過(guò)編程的方法控制波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過(guò)改變程序來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率變換。方案三：是利用ICL8038芯片構(gòu)成8038集成函數(shù)發(fā)生器，其振蕩頻率可通過(guò)外加直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。方案四：本方案的電路圖由遲滯比較器，積分器，差分放大器三部分組成。正弦波三角波方波 圖1-2原理框圖本次設(shè)計(jì)選

4、擇方案四。1.3各功能塊的劃分與組成 運(yùn)用集成放大器、電容、電阻等基本元件實(shí)現(xiàn)正弦波方波三角波的波形的產(chǎn)生，本課程設(shè)計(jì)采用先用滯回比較電路積分電路RC振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。1.4工作原理先由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成方波發(fā)生電路，然后方波經(jīng)積分器得到三角波，由差分放大器來(lái)完成三角波到正弦波的變換電路。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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。下面我們將分別對(duì)各個(gè)波形的發(fā)生進(jìn)行分析，從而達(dá)到在合成電路時(shí)使電路更加合理，如

5、下圖。滯回比較電路積分電路RC橋式振蕩電路方波三角波正弦波圖1-3原理框圖2. 單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析2.1各組成部分電路的工作原理 方波發(fā)生電路的工作原理 此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓=+ ,則同相輸入端電位 =+ 。通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，如圖中實(shí)線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，趨于+ ；但是，一旦 =+ ,再稍增大，從+ 躍變?yōu)? ,與此同時(shí)從 躍變?yōu)? 。隨后，又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)

6、t趨于無(wú)窮大時(shí)，趨于- ；但是，一旦 =- ,再減小，就從- 躍變?yōu)? ，從- 躍變?yōu)? ，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 圖2-1方波電路圖 方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖22 方波三角波轉(zhuǎn)換電路圖22所示的電路能自動(dòng)產(chǎn)生方波三角波。工作原理如下：若R2左斷開(kāi)，運(yùn)算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出的高電平等于正電源電壓+ ，低電平等于負(fù)電源電壓- （|+ |=|- |）, 當(dāng)比較器的U+=U- =0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出從高

7、電平跳到低電平- ,或者從低電平跳到高電平。設(shè) =+ 則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門(mén)限單位為 （1）若 = -,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門(mén)限電位為 （2）比較器的門(mén)限寬度 （3）由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖23所示 圖2-3比較電壓傳輸特性 圖2-4方波、三角波的轉(zhuǎn)化R2左端斷開(kāi)后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為 （4）時(shí)， （5）時(shí)， （6）可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如圖24所示。R2左端閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅

8、度為 （7）方波-三角波的頻率f為 （8）三角波正弦波轉(zhuǎn)化電路的工作原理三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)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。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為： 式中差分放大器的恒定電流； 溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25°C時(shí)，26mV。如果為三角波，設(shè)表達(dá)式為 （9）式中，三角波的幅度；T三角波的周期。圖25 三角波正弦波變換為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見(jiàn)：a)傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越

9、好；b)三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖26為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中Rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp2調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來(lái)減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。圖26三角波正弦波變換電路2.2各部分電路的仿真（1） 方波-三角波發(fā)生電路 圖2-7方波-三角波發(fā)生電路仿真模型圖2-8方波仿真圖圖2-9三角波仿真圖圖2-10方波三角波仿真圖（2） 正弦波發(fā)生電路圖2-11正弦波仿真模型圖2-12正弦波仿真圖（3） 總電路仿真模型圖2-132.3有關(guān)參數(shù)的計(jì)算方波-三角波的頻率可由下式確定 F

10、=(R3+Rp1)/4R2(R4+Rp2)C其中，R2/（R3+Rp1）1/3。取R2=10k,則R3+Rp1=30k；取R3=10k,則Rp1=20k。由于 F=(R3+Rp1)/4R2(R4+Rp2)C，故R4+Rp2=3/4fC.當(dāng)1HZf10HZ時(shí)，取C=10uf，R4+Rp2=75k-7.5k，R4=5.1k,Rp2=200；當(dāng)10HZf100HZ時(shí),取C=1uF;當(dāng)100HZf1kHZ,取C=0.1uF。改變開(kāi)關(guān)與電容的連接的位置，即可調(diào)節(jié)輸出頻率。4 心得體會(huì)及建議 經(jīng)過(guò)一周多的課程設(shè)計(jì)，終于做出了此次課設(shè)的目的，成功的做出了函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，雖說(shuō)過(guò)程有點(diǎn)曲折，有點(diǎn)累，但最后得到了

11、理想的結(jié)果，心里還是很高興的。 此次課程設(shè)計(jì)需要有最終方案的選擇，自己通過(guò)比較，仿真軟件的仿真最終選擇了最終方案。經(jīng)過(guò)小組成員的努力，不斷的查閱資料，終于做出了滿意的方案.可以說(shuō)在本次的課程設(shè)計(jì)中，我的收獲頗豐。首先此次課程設(shè)計(jì)檢驗(yàn)了我學(xué)到的知識(shí)，培養(yǎng)了如何將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的問(wèn)題當(dāng)中去。在課設(shè)當(dāng)中，我也學(xué)會(huì)了如何在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中更好的完成自己的工作，認(rèn)識(shí)到了相信隊(duì)友，保持和諧的團(tuán)隊(duì)環(huán)境對(duì)一個(gè)團(tuán)隊(duì)是多么的重要。最主要的我認(rèn)為，課設(shè)培養(yǎng)了我們查閱資料解決問(wèn)題的能力，因?yàn)槲覀兯鶎W(xué)的知識(shí)畢竟有限，有些東西我們可能還沒(méi)有學(xué)習(xí)涉及到，這就要靠我們通過(guò)查閱資料，自學(xué)知識(shí)，來(lái)解決問(wèn)題。這種能力對(duì)我以后的學(xué)習(xí)很重要，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，充分的鍛煉了我這方面的能力。經(jīng)過(guò)這次課設(shè)我對(duì)所學(xué)的知識(shí)理解更深，這對(duì)我以后對(duì)課本知識(shí)的應(yīng)用起到了很好地作用，使自己能夠以后快速運(yùn)用課本知識(shí)解決問(wèn)題。附錄 元件明細(xì)表元件名稱數(shù)量規(guī)格或型號(hào)10k電阻4個(gè)5.1k電阻1個(gè)200變位器1個(gè)2k電阻2個(gè)6.8k電阻2個(gè)8k電阻1個(gè)20k電阻2個(gè)100k電阻1個(gè)20k變位器1個(gè)47k變位器1個(gè)100變位器1個(gè)運(yùn)算放大器2個(gè)741電容3個(gè)10uF 1uF 100nF晶體管4個(gè)TIP41C電容3個(gè)470uF參考文獻(xiàn)（1） 畢滿清主編·電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)·北京·機(jī)械工