多波形發(fā)生器

1、五邑大學(xué)信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：專業(yè)：低頻電子線路設(shè)計(jì)通信工程班級(jí)：AP08054學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：評(píng)定成績(jī)：設(shè)計(jì)課題題目：_多波形信號(hào)發(fā)生器_一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1任務(wù)：設(shè)計(jì)制作一個(gè)能輸出正弦波、鋸齒波、矩形波的信號(hào)發(fā)生器；2要求：（1）輸出頻率調(diào)節(jié)范圍： 100Hz100kHz；（2）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：正弦波有效值Vo=（ 05）V，鋸齒波、矩形波峰峰值Vopp=（ 010）V；（3）在負(fù)載電阻上的電壓峰- 峰值 Vopp6V；（4）矩形波占空比調(diào)節(jié)范圍：10%90%；（5）鋸齒波上升和下降的時(shí)間比調(diào)節(jié)范圍：10%90%；（6）* 供電電源電壓： 220V/50Hz。

2、（可選）二、課題分析與方案選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，要產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的正弦波、矩形、鋸齒波，給定LM324集成運(yùn)放為核心器件，選用RC振蕩器來產(chǎn)生低頻信號(hào)，并利用運(yùn)算放大器構(gòu)成反饋振蕩、滯回比較器、積分器來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求。方案一、首先通過 RC正弦波產(chǎn)生電路及選頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦信號(hào)，然后通過電壓比較器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的方波信號(hào)、 通過積分器將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的鋸齒波，最后，接調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)后即可輸出幅度、頻率可調(diào)的正弦、方波、鋸齒波信號(hào)。RC 正弦波正弦波電 壓方波積振蕩電路比 較分正弦矩 形 波鋸 齒 波輸出根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求輸出頻率要求調(diào)節(jié)范圍是100Hz100kHz，正弦波有效值 Vo=

3、（05）V，鋸齒波、矩形波峰峰值Vopp=（010）V；由于矩形波是將正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)化，而在頻率較高的情況下，正弦波的調(diào)試會(huì)給后級(jí)帶來影響， 可能導(dǎo)致失真或者達(dá)不到要求的范圍，綜合考慮，不選用方案一。方案二、在方案一的基礎(chǔ)上做出修改，把正弦波跟矩形波、鋸齒波分開，正弦波還是由 RC串并聯(lián)振蕩器產(chǎn)生，而矩形、鋸齒波則用鋸齒波發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，原因是鋸齒波就是由矩形波通過積分器的沖放時(shí)間改變而成，在最后接到比例運(yùn)算放大器輸出。RC 正弦波電 壓方波積振蕩電路比 較分反饋正弦矩 形 波鋸 齒 波輸出比例運(yùn)放經(jīng)過分析，分成兩部分后，操作性和穩(wěn)定性相對(duì)與方案一來說都有所提高，最后通過比例運(yùn)放也使輸出解決帶載能力

4、可能不夠的問題，因此選用方案二為實(shí)驗(yàn)最終方案三、單元電路分析與設(shè)計(jì)1原理分析正弦波 : 振蕩是電路的自激振蕩，由直流信號(hào)變成正弦信號(hào)的過程。它是由放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成，屬于正反饋回路為放大環(huán)節(jié)。Rf 和 RC串并聯(lián)構(gòu)成正負(fù)反饋， RC串并聯(lián)也是選頻環(huán)節(jié)，兩個(gè) 1N4007組成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。（原理圖見以下仿真電路）?1對(duì) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其反饋網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)為：F0 )3 j(0可見，當(dāng) =0=1/RC 或 f=f0=1/2 RC時(shí)，幅頻響應(yīng)有最大值為Fvmax=1/3，此時(shí)的相頻響應(yīng)為 f 0 。在調(diào)節(jié) R 和 C 的參數(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)頻率諧振；在頻率諧振的過程中，電路不會(huì)停止振蕩，也不會(huì)使輸

5、出幅度改變。因此，該選頻網(wǎng)絡(luò)決定信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率。對(duì)于振蕩的建立及穩(wěn)定過程分析如下： 當(dāng) = 0=1/RC時(shí)，經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒磐喽说碾妷号c同相，即有 這樣放大電路和由和組成的反饋網(wǎng)絡(luò)剛好形成正反饋系統(tǒng)， 滿足相位平衡條件， 則有可能振蕩。 若再滿足略大于，則能在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成比較穩(wěn)定的自激振蕩。矩形波和鋸齒波。 主要由滯回比較器的翻轉(zhuǎn)使產(chǎn)生矩形波， 再利用積分電路的充放電時(shí)間常數(shù)不同產(chǎn)生鋸齒波。 （原理圖見以下仿真電路）假定剛開始時(shí)，滯回比較器輸出高電平， 即 u01=+Uz,且積分電容上的初始電壓為0，有 u0=- uc=0。此時(shí) u+=u01*R5/(R5+R13)+ u 0*R

6、3(R5+R13), 為高電平。這時(shí)u01=Uz通過 D2，RW2向電容 C 充電，對(duì)應(yīng)時(shí)間斷為 Th，當(dāng) u0=- uc 增長(zhǎng)到使 u+ 減少到 0，滯回比較器會(huì)翻轉(zhuǎn)，輸出 u01=- Uz。電容器放電通過 D1,RW1,對(duì)應(yīng)的時(shí)間是 Tl ，當(dāng) u0=- uc 增大到 0，滯回比較器翻轉(zhuǎn)， u01=Uc.鋸齒波幅度為 U0m=UZ*R13/R5 TH=(2R13Rw1C)/R5,TL=(2R13Rw2C)/R5T=TH+TL=(2RwR13C)/R52仿真分析正弦波輸出波形如上圖，經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)輸出頻率范圍是100Hz50KHz，并且接近到50KHz的時(shí)候已開始失真，經(jīng)分析應(yīng)該是元器件的限制

7、。矩形波和鋸齒波輸出如上圖，經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)輸出頻率可 80Hz5KHz，占空比調(diào)節(jié)范圍可以達(dá)到 10%90%，當(dāng)頻率接近 5KHz的時(shí)候同樣出現(xiàn)失真的情況，應(yīng)該是元器件受限3電路設(shè)計(jì)計(jì)算正弦波部分元件參數(shù)計(jì)算及選?。?>3，取 R3=1k,則 Rf>3k，取 Rf 用 5k 可調(diào)電位器即可滿足。 f=1/2 RC屬于 100100kHz，用三個(gè)電容進(jìn)行分檔，選用 68pF,680pf,6800Pf, 再用取 R 用 250K 雙聯(lián)電位器來微調(diào)， C 取 6800pF,R 取 250K時(shí)， f=100Hz， C取 68pF,R 取 25K 時(shí)滿足 100KHz。矩形波和鋸齒波部分元件參數(shù)

8、計(jì)算及選?。篢=TH+TL=(2RwR1C)/R2，R2（即上圖 R5）取 10K，Rw取 5K，用兩電容和電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)頻率。 電容選用 2uF，R1取 5K時(shí)可達(dá) 100Hz，電容選， R1取 50 時(shí)能達(dá)到 100KHz。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2元件清單序號(hào)型 號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注R1電阻200 歐1R2電阻2M1R3,R4,R17電阻1K3R5,R10,R12,R15電位器5K3R6,R7電阻10K2R8電阻5001R9電阻501R11電位器5001R13， R14電阻2K2R16電位器50K1R22電阻2701DoubleR1雙聯(lián)可調(diào)電阻250K1S3,S4,S5,S6,S

9、7,S12兩檔三腳開關(guān)6S1三檔八腳開關(guān)1D5,D6穩(wěn)壓管1N47342D1,D2,D3,D4二極管1N40074C1,C5瓷片電容68PF2C2， C4瓷片電容680PF2C3， C6瓷片電容6800PF2C7瓷片電容1C8電解電容1LM324集成運(yùn)放1五、安裝與調(diào)試1調(diào)試過程描述在接通電源后，用示波器探頭接輸出端，再分別閉合三個(gè)波形輸出開關(guān)，調(diào)節(jié)響應(yīng)的電容電阻都未能觀察到波形，為此進(jìn)行調(diào)試。觀察電路板是否有線路短接， 利用數(shù)字萬用表檢查各相應(yīng)的元器件是否接通，查看元器件是否有損壞現(xiàn)象，暫未發(fā)現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，更換LM324也未能出現(xiàn)波形。接通電源，利用數(shù)字萬用表檢查各元件上的電壓是否有異常情況出

10、現(xiàn)，由輸出端往回檢查，重點(diǎn)看 LM324各腳情況。 在檢查過程中發(fā)現(xiàn)有一處出現(xiàn)斷路的情況，改正后仍未出現(xiàn)波形。2實(shí)物照片六、性能測(cè)試與分析由于波形未能調(diào)出，不能測(cè)試能否達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)，原理圖經(jīng)過仿真沒有問題，分析應(yīng)該是某地方出現(xiàn)斷路， 或者元件損壞導(dǎo)致。 若按仿真所測(cè)出波形的境況來說， 并不能滿足頻率 100100KHz的要求，原因估計(jì)是 LM324并不能實(shí)現(xiàn)如理想狀態(tài)功能七、結(jié)論與心得上學(xué)期我們學(xué)了 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 這門課，這門課程屬于電子技術(shù)理論課程范疇。正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行” ，學(xué)習(xí)知識(shí)不能僅從理論上掌握它，而更應(yīng)從實(shí)踐中去探索研究。 本次課程設(shè)計(jì)， 在設(shè)計(jì)的開始階段， 我復(fù)習(xí)了有關(guān)運(yùn)算放大器的內(nèi)容，讓我對(duì)多波形發(fā)生器的原理有了更深的理解， 自學(xué)使用仿真軟件和復(fù)習(xí)制作 PCB，并且在制