方波-三角波-正弦波函數(shù)信號發(fā)生器講解

1、右g看/T 士號課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱：電子課程設(shè)計課程設(shè)計題目：設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班級：xxxxxxxx學(xué)號：xxxxxxx姓名：xxxxx評分：教師：xxxxxx20 13 年 10 月 15 日3右了育I喳士隆電子課程設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書20 13 20 14學(xué)年 第1學(xué)期 第1周3周題目設(shè)計制作一個方波-三角波-正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)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)；正弦波幅值為土 2v ;方波幅值為土 2v ; 三角波峰一峰值為 2v,占空比可調(diào)。進(jìn)度安排1 .根據(jù)任務(wù)要求，查閱相關(guān)資

2、料，完成設(shè)計前的前期工作：2天；2 .根據(jù)資料，進(jìn)行方案設(shè)計法對比論證，完成參數(shù)計算：2.5天；3 .領(lǐng)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(xué)生姓名：xxx指導(dǎo)時間：第1-3周指導(dǎo)地點：綜合樓中506室任務(wù)下達(dá)2013年9月2日任務(wù)完成2013年9 月22日考核方式1.評閱 02. 答辯 口 3.實際操作四4.其它口指導(dǎo)教師xxx系（部）主任賈杰注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份 備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單” 一并交院教務(wù)存檔摘要當(dāng)今世界在以電子信息技術(shù)為前提下推動了社會跨越式的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展日

3、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(yīng)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(jī)、集成電路等。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)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(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用LM3241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(jī)。本系統(tǒng)本課題將介紹由LM324集成電路組成的

4、方波三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法，了解多功能函數(shù)信號發(fā)生器的功能及特點，進(jìn)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(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)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(guān)鍵字：信號發(fā)生器、波形轉(zhuǎn)換、LM324目錄 1前言 2第一章設(shè)計內(nèi)容及要求 31.1、 設(shè)計任務(wù)和要求31.2、 設(shè)計目的3第二章 系統(tǒng)設(shè)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(shè)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 方波一 三角波轉(zhuǎn)換電路 83.3 三角

5、波-正弦波轉(zhuǎn)換電路 9第四章安裝、調(diào)試與結(jié)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(jié) 13參考文獻(xiàn) 14附錄 151.總原理圖152.電路元器件清單 163.芯片簡介171、乙 刖百隨著社會的發(fā)展與科技的進(jìn)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(xué)生， 在學(xué)習(xí)理論知識的同時也應(yīng)增強(qiáng)學(xué)生的動手能力， 電子課程設(shè)計為大學(xué)生提供了 一個大的平臺，將理論知識與實踐相結(jié)合。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。本次實驗是設(shè)計制作一個方波

6、 -三角波-正弦波函數(shù)信號發(fā)生器。 通過各個途徑查找資料，從而設(shè)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(jìn)行排版、焊接、布線等操作；電路板制作完后就進(jìn)行調(diào)試，通過調(diào) 試可檢查電路板是否合格。其中方案設(shè)計及電路分析思路值得學(xué)生學(xué)習(xí)和研究， 從而將該方案更好地應(yīng)用到課程設(shè)計中。#第一章設(shè)計內(nèi)容及要求1.1、設(shè)計任務(wù)和要求設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波一一三角波一一正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)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 .三角波峰一峰值為2v,占空比可調(diào)4.2、 設(shè)計目的1 .鞏固和加深對電子電路基

7、本知識的理解，提高綜合運用本課程所學(xué)知識的能力。2 .培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的 自學(xué)能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)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(shè)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(shè)計方法。4 , 了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè) 計任務(wù)書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映 設(shè)計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。5 .培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度第二章系統(tǒng)設(shè)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

8、件電路方案設(shè)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，輸入阻抗高，抗干擾能力較 強(qiáng)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一三角波產(chǎn)生電路如下圖2.1所示：圖2.1設(shè)計框圖系統(tǒng)設(shè)計電路總圖如圖2.2所示16V10kQ和外*110L7247 kQR11 -MAio knR3A/W lOkOR5 IMO Key=AR12 500 K&y=AC2T卜 1WnFC4 =blOQnFR1Q 1

9、1VA-UPC3 4:10QfiF*,W©V1Vee lm324a口VEE-15 VZQQkfl 5QXMekALM哥 ADD4-H-®BZWD3 C9V1VEE 15V圖2.2系統(tǒng)設(shè)計電路總圖5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)，不是局電平，就是低電平（如圖3.1所?。噪妷罕容^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(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應(yīng)按一定的時間問隔 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:CCUi a- o

10、 zUia+ 3Uia-Vcc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(luò)，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。 設(shè)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(dāng)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(dāng)t趨于無窮大時，Un趨于-Uz;但是，一旦Un=-Ut,再減小，U

11、o就從-Uz躍變 為+Uz, Up從-Ut躍變?yōu)?Ut,電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)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：vcc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?dǎo)電流流經(jīng)不同的 通路，從而實現(xiàn)占空比可調(diào)如下圖 3.3所示:P13DIODH VICTUALDIQDE VIRTUAL" 一劍lOOkOhm 口芝5g圖3.3占空比可調(diào)電路3.2 方波一 三角波轉(zhuǎn)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(dāng)方波發(fā)生電路的

12、輸出電壓 Uo=+UzH,積分運算電路的輸出電壓Uo 將線性下降；而當(dāng)Uo=-Uz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(shè)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(fù)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：VCCT I50%2D0kn 5gKeyARI M/V 47k

13、。VEE LM324ADVEE15V15V3VEERG 8.2kOR5Key-AT1nFR3AVv10kG"14匕鼠WD30 VlBZW03.CW1C2-IH10QnFVEE -15 V19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:3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)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

14、好；(2)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)。(3)圖為實現(xiàn)三角波一一正弦波變換的電路。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。(1)方波-三角波-正弦波仿真圖如下圖4.1所示:ChannelJ)ReverseSave GNDTimebase-ChannelC一AScale 15 加*口卡Scale 阿。mV/Divr，(RX posiUon joV po汕口n|oyJT 鶴 1 a+b|空UJ反1c(7 (7 rTriggerEg!了 工|ExkLevelIoVSingMor/ug

15、|Norie | A 二|第四章 安裝、調(diào)試與結(jié)果分析4.1 軟件仿真將上述設(shè)計方案進(jìn)行仿真得到如下結(jié)果:T1Time1 534 MChsrnel_A . 3RE JChanr>el_B-1 402 vCtiannel_C-11 jwg $廿T2引1.534 s9,316 VL531 V年3,542 mVT2-T1SO.000 ms68.655 mV-129.400 mV54.93Z mV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(shè)計時按 照理論計算選取的電路參數(shù)，帶入進(jìn)行仿真后，基本得到設(shè)計的參數(shù)要求，即方 波幅值為土 2v,三角波峰峰

16、值為2v,正弦波幅值為± 2v。4.2 安裝電路1 .將LM32磔上電路板，設(shè)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(dāng)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(yīng)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(fù)及接地端4.3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(fù)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(dá)不 到要求，多次檢查后發(fā)現(xiàn)，LM324所接的是±

17、;5V電壓，當(dāng)調(diào)整至±15V電壓后， 幅值增大，基本達(dá)到設(shè)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(dá)不到 要求，并且波形部分失真，又進(jìn)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(dá)到了設(shè)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(yán)重失真，于是又進(jìn)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(dá)到設(shè)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(dá)到了設(shè)計要求

18、。各波幅值達(dá)到設(shè)計要求后,又對參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整,使其頻率在0.02Hz20KHzH連續(xù)可調(diào)。實驗小結(jié)經(jīng)過兩個星期的課設(shè)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(guān)的資料并設(shè)計出合理的實驗方案，單就方案設(shè)計就讓人頭疼，不過依靠現(xiàn)在發(fā)達(dá)的科技以及圖書館的豐富的資料，終于設(shè)計出了合理的方案。方案設(shè)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(rèn) 可，接下來便是制作轉(zhuǎn)換器電路板。在這方面，存在挺多問題的，象是電路排版， 焊接，都挺難的，總之要細(xì)心加耐心。焊接是個技術(shù)活，要多次練習(xí)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

19、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(shè)計方面還有待改進(jìn)， 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(dá)不到要求，在 張老師和歐老師的指導(dǎo)下，我們改變了電路中電容的值，經(jīng)過老師的多次指導(dǎo)， 頻率范圍變寬了，基本達(dá)到了要求。這次課設(shè)實驗感受挺多的，其實整個階段挺快樂，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(dāng)做參考，理論得到實踐才是真 知。這次課程設(shè)計的經(jīng)歷將是作為財富而不僅僅是經(jīng)驗。課程設(shè)

20、計就是將理論知 識在實際中驗證，應(yīng)運于實際這才是學(xué)習(xí)的目的。參考文獻(xiàn)1童詩白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京.高等教育出版社2李萬臣主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.33胡宴如主編.模擬電子技術(shù).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(shù)事件2（低頻電子線路）實驗指導(dǎo) 書.南昌航空大學(xué)電子信息工程學(xué)院電子實驗實踐教學(xué)中心5電子設(shè)計應(yīng)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(shè)計北京.電子工業(yè)出版社附錄1.總原理圖IMO5曄KcyA (J1A-* 2QQkn 5QX KejAZEf-47 kQ01 =ziu號EE LM324ADVEE-15 V15VQ8.2k。1