信號發(fā)生器課程設(shè)計報告--函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　課題名稱··························&#

2、183;···········2</p><p>　　內(nèi)容摘要····················&#

3、183;·················2</p><p>　　設(shè)計目的··············&#

4、183;·······················2</p><p>　　設(shè)計內(nèi)容及要求········

5、;························2</p><p>　　系統(tǒng)方案設(shè)計·······

6、83;··························3</p><p>　　電路設(shè)計及原理分析····

7、3;·······················4</p><p>　　電路仿真結(jié)果········&#

8、183;·························7</p><p>　　硬件設(shè)計及焊接測試·····

9、83;······················8</p><p>　　故障的原因分析及解決方案········&

10、#183;············11</p><p>　　課程設(shè)計總結(jié)及心得體會··················

11、;·····12</p><p>　　課題名稱：函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計</p><p><b>　　內(nèi)容摘要：</b></p><p>　　函數(shù)信號發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設(shè)備時，都要有信號源，由它產(chǎn)

12、生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而此次課程設(shè)計旨在運用模擬電子技術(shù)知識來制作一個能同時輸出正弦波、方波、三角波的信號發(fā)生器。</p><p><b>　　設(shè)計目的：</b></p>

13、;<p>　　進一步掌握模擬電子技術(shù)知識的理論知識，培養(yǎng)工程設(shè)計能力和綜合分析能力、解決問題的能力。</p><p>　　基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Α?lt;/p><p>　　學(xué)會運用Multisim仿真軟件對所做出來的理論設(shè)計進行仿真測試，并能進一步解決出現(xiàn)的基本問題，不斷完善設(shè)計。</p><p>　　掌握常用元器

14、件的識別和測試，熟悉萬用表等常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法，提高實際電路的分析操作能力。</p><p>　　在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)實際電路。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容及要求：</b></p><p>　　1、要求完成原理設(shè)計并通過Multisim軟件仿真部分</p><p>　　（1）RC橋式正弦波產(chǎn)生

15、電路，頻率分別為300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，輸出幅值300mV~5V可調(diào)、負(fù)載1KΩ。</p><p>　　（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(fù)載1KΩ。</p><p>　?。?）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(fù)載1KΩ。</p><p>

16、　?。?）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400Hz~5KHz、輸出幅值≥5V、負(fù)載電阻1KΩ。</p><p>　　軟件仿真部分元器件不限，只要元器件庫中有即可，但需要注意合理選取。</p><p>　　2、要求實際制作部分</p><p>　　上述（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100Hz~3KHz、輸出

17、幅值≥5V、負(fù)載電阻1KΩ。</p><p>　　3、硬件設(shè)計：組裝、調(diào)試根據(jù)原理圖焊接的函數(shù)信號發(fā)生器.</p><p>　　硬件制作部分核心元器件：uA741、LM324、9013，電阻電容不限。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案設(shè)計：</b></p><p>　　函數(shù)信號發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、

18、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)信號發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路，為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。</p><p>　　產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波、然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成

19、三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波獲將方波變成正弦波等等，本次設(shè)計采用先產(chǎn)生方波、三角波，再將三角波變換成正弦波的方法。</p><p>　　由比較器和差分器組成方波--三角波產(chǎn)生電路，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，因此可以將頻率很低的三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。波形變換的原理

20、是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p><b>　　波形轉(zhuǎn)換電路：</b></p><p>　　比較器產(chǎn)生方波積分器產(chǎn)生三角波用差分放大電路實現(xiàn)正弦波，相應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:</p><p><b>　　電路設(shè)計及原理分析</b></p><p><b>　　總電路設(shè)計圖：&l

21、t;/b></p><p>　　①R1、R2、R3、R4 及U1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器，在U1的6腳輸出方波。R4為可變電阻，可調(diào)節(jié)相應(yīng)方波幅度。②R5、R6、R16、C1和U2構(gòu)成積分器，將方波變換成三角波，在U2的6腳輸出三角波。R6為可變電阻，可調(diào)節(jié)方波和三角波的頻率。③Q1、Q2及相應(yīng)電阻、電容構(gòu)成差分放大電路，利用差分放大電路傳輸特性曲線的非線性性將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。C2、C3、C4均為隔直通交

22、電容，R7、R11為可變電阻，R7用于調(diào)節(jié)波形失真情況，R11用于調(diào)節(jié)差分放大電路傳輸曲線的對稱性。④Q3、Q4、R13、R14、R15構(gòu)成比例電流源。</p><p><b>　　方波產(chǎn)生電路：</b></p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　由于同相遲滯比較器具有回差特性，有兩個門限電壓，設(shè)

23、某個瞬間電路的輸出電壓為+Uz，此時滯回電壓比較器的門限電壓為UTH1，輸出信號經(jīng)電阻R對電容C充電，uc的波形如圖（a）所示。當(dāng)uc上升到UTH1時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出電壓變?yōu)?Uz，門限電壓也隨之變?yōu)閁TH2，此時，電容C經(jīng)電阻R放電，當(dāng)該電壓下降到UTH2時，輸出電壓又回到+Uz，電容又開始充電的過程，周而復(fù)始，比較器輸出端便得到矩形波信號Uo。其波形如圖（b）所示。</p><p>　　設(shè)電容器在t=0時開

24、始充電，充電的初始電壓uc（0）=UTH2，電容器的充電電壓uc最終為+Uz，根據(jù)這些特點可得電容充電過程三要素為uc（0）=UTH2 ， uc（∞）=+Uz，τ=RC</p><p>　　根據(jù)一階RC電路的三要素表達式，可得電容上的電壓隨時間變化的關(guān)系：</p><p>　　因滯回電壓比較器的門限電壓為： </p><

25、p>　　uc從UTH2充電到UTH1所需的時間為tw，</p><p>　　因電容器充、放電的時間相等，所以，振蕩的周期 </p><p>　　改變R1、R2、R和C的參數(shù)，即可改變輸出信號的頻率，使充、放電電路的時間常數(shù)不相等，就可改變輸出信號的占空比。</p><p>　　下圖為仿真時的方波產(chǎn)生電路：&l

26、t;/p><p><b>　　三角波產(chǎn)生電路：</b></p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　根據(jù)RC積分電路輸入和輸出信號波形的關(guān)系可知，當(dāng)RC積分電路的輸入信號為方波時輸出信號是三角波，由此可得，利用方波信號發(fā)生器和積分電路就可以組成三角波信號發(fā)生器。</p><p>

27、　　根據(jù)疊加定理，A1同相端電位 </p><p>　　A1的u+=u-=0，則閾值電壓 </p><p>　　uo1=±UZ，若初態(tài)從-UZ到+UZ，則 </p><p>

28、;　　該電路振蕩信號的頻率與三角波輸出信號的幅度有關(guān)，根據(jù)三角波工作波形可知，正向積分的起始值為-UT，終值為+UT，積分時間為二分之一周期，可得出振蕩周期 ，三角波輸出信號的頻率為 </p><p>　　電路中的R1、R2、R的阻值和C的容量，可以改變振蕩頻率；而調(diào)節(jié)R1和R2的值可以改變?nèi)遣ǖ姆怠?lt;/p><p>　　下圖為

29、仿真時的三角波產(chǎn)生電路：</p><p><b>　　正弦波產(chǎn)生電路：</b></p><p>　　三角波轉(zhuǎn)換成正弦波：波形變換的原理是利用差分放大的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖所示。由圖可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Ui應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。</p><p>　　為實現(xiàn)三角波-正弦波轉(zhuǎn)換

30、電路， 其中R7、R11為可變電阻，R7用于調(diào)節(jié)波形失真情況，R11用于調(diào)節(jié)差分放大電路傳輸曲線的對稱性。C2、C3、C4均為隔直通交電容。</p><p><b>　　電路仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　方波仿真結(jié)果：</b></p><p><b>　　三角波仿真結(jié)果：</b><

31、;/p><p><b>　　正弦波仿真結(jié)果：</b></p><p>　　硬件設(shè)計及焊接測試：</p><p>　　按照電路原理圖進行焊接：</p><p>　　先使用萬用表，測出所需的電阻值，分辨電容正負(fù)極性，三極管的發(fā)射極、集電極和基極。</p><p>　　按照信號發(fā)生器的原理電路圖，首先在電路

32、板上布置好電路元件，避免焊到最后，沒有剩余空間供其他部分電路焊接。同時，必須認(rèn)識到電路板上焊接點的分布，區(qū)分他們是否連接好，已經(jīng)導(dǎo)通，避免短路。</p><p>　　最后，依次焊接元器件，連接好導(dǎo)線，接通電源，進行測試。</p><p><b>　　焊接注意事項：</b></p><p>　　依照器件分布原則，主要版塊盡量分開，布好器件，然后進

33、入焊接階段；</p><p>　　焊接時應(yīng)該注意，焊劑加熱揮發(fā)產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)對人體有害，操作時，鼻子盡量不要離烙鐵太近，一般注意鼻子與焊接區(qū)域間保持不小于30cm的距離；</p><p>　　在不使用電烙鐵時，應(yīng)把其放在右前方的烙鐵架上，避免導(dǎo)線等被燙壞，并且在多人的環(huán)境中應(yīng)避免烙鐵頭對準(zhǔn)他人；</p><p>　　在使用電烙鐵時應(yīng)注意手的握法，不能用手直接觸摸烙鐵

34、頭，避免手被燙傷；</p><p>　　焊接并初步檢查完后，檢查電路板中是否存在虛焊，尤其注意電路中不要有短路的地方；</p><p>　　開始進行波形調(diào)試，若開始發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生波形，應(yīng)該用萬用表測試相應(yīng)的參數(shù)并分析；</p><p>　　注意芯片的引腳不能短路，否則可能會燒壞芯片；</p><p>　　在調(diào)試時，有時會出現(xiàn)滑動變阻器的阻值調(diào)不

35、了，這可能是有些引腳短路了，也有可能是滑動變阻器滑動端未接入電路。</p><p><b>　　焊接完后實物如下：</b></p><p><b>　　調(diào)試：</b></p><p><b>　　方波調(diào)試：</b></p><p>　　在信號輸出端接入示波器，觀察是否有正弦波輸

36、出，調(diào)節(jié)R4實現(xiàn)方波的幅度可調(diào)，調(diào)節(jié)R6實現(xiàn)方波的頻率可調(diào)。</p><p><b>　　三角波調(diào)試：</b></p><p>　　如果正弦波正常輸出，換三角波輸出端口，檢測是否有三角波，調(diào)節(jié)R7實現(xiàn)三角波的幅度可調(diào)，調(diào)節(jié)R6實現(xiàn)三角波的頻率可調(diào)。</p><p><b>　　正弦波調(diào)試：</b></p>&

37、lt;p>　　接入直流電源后，將C3左邊的線接地，測量差分放大電路的靜態(tài)工作點。調(diào)節(jié)R11使差分放大電路的傳輸特性曲線對稱，用示波器進行觀察并調(diào)試實現(xiàn)正弦波的幅度和頻率可調(diào)。</p><p><b>　　示波器輸出波形：</b></p><p><b>　　方波：</b></p><p><b>　　三角波

38、</b></p><p><b>　　正弦波</b></p><p>　　故障的原因分析及解決方案：</p><p>　　故障一：測試電路觀測不到波形。</p><p>　　原因分析：a.電路連接出現(xiàn)問題，例如：導(dǎo)線短路，未接地線或者電源線等；b.芯片為不合格品；c.雜波干擾，導(dǎo)致波形不能正常輸出。</

39、p><p>　　解決方案：a.仔細(xì)檢查電路，可通過借助萬用表等工具測試線路問題；b.換另一塊合格芯片c.添加濾波電路濾除雜波。</p><p>　　故障二：頻率增大時，正弦波和方波幅度不變，三角波幅度明顯減小。</p><p>　　原因分析：積分電路的積分時間常數(shù)通常是保持不變的，隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時改變。</p><

40、;p>　　解決方案：改變積分時間常數(shù)的大小。同步減小C1或者Rw1，延長積分時間。</p><p>　　故障三：三角波頂部或底部失真。</p><p>　　原因分析：a.方波信號邊沿失真。b.積分電路時間常數(shù)選取不當(dāng)。</p><p>　　解決方案：a.在方波信號輸出端增加穩(wěn)幅電路。b.改變積分時間常數(shù)的大小，或者選擇一大電阻（300K左右）與積分電容C1并聯(lián)

41、，調(diào)節(jié)三角波線性度。</p><p>　　故障四：在方波及三角波正常輸出情況下，正弦波失真或輸出不正常。</p><p>　　原因分析：a. 三極管連接錯誤或三極管已壞，導(dǎo)致波形不能輸出；b.測試線連接錯誤；c.滑動變阻器未調(diào)節(jié)好</p><p>　　解決方案：a.取出三極管將工作正常的三極管重新焊接好；b.修改輸出線路c.利用相關(guān)工具調(diào)節(jié)滑動變阻器使之處于正常輸出

42、狀態(tài)。</p><p>　　課程設(shè)計總結(jié)及心得體會：</p><p>　　此次模電課程設(shè)計，從原理圖的設(shè)計仿真，到硬件電路的焊接調(diào)試與設(shè)計報告的完成共持續(xù)了一個多星期的時間，是我們在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的一次深刻而極具意義的實踐探索，不僅讓我們更進一步了解了專業(yè)知識，也讓我們看到了專業(yè)理論與實踐相結(jié)合在當(dāng)今信息時代的重要意義。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工

43、作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．今天認(rèn)真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　此次實驗的內(nèi)容以完成設(shè)計和焊接一個函數(shù)信號發(fā)生器為主要內(nèi)容，主要利用本專業(yè)常使用的一個仿真軟件multisim來完成前期的準(zhǔn)備設(shè)計，期間也給予了我們很多自我探索和學(xué)習(xí)的機會，比如需要我們自己上網(wǎng)搜索

44、所需運放器ua741的芯片引腳以及相應(yīng)參數(shù)和應(yīng)用知識。以下幾點便是我在整個學(xué)習(xí)過程中對專業(yè)理論知識和課程實踐的深刻認(rèn)識：</p><p>　　1.在進行實驗時，一定要注意安全用電。當(dāng)檢查好所使用的電是安全的并準(zhǔn)備好實驗器件后再開始實驗；實驗后要記得斷開電源，避免造成不必要的浪費和安全事故。</p><p>　　2.學(xué)會識別和鑒別元器件是進行實驗的一個重要步驟。比如說極性電容的極性問題，ua

45、741芯片的引腳接法，三極管的三端口識別，電阻阻值判斷等，若沒有事先了解和學(xué)習(xí)就會很容易遭成電路連接錯誤而導(dǎo)致實驗不能順利的完成。</p><p>　　3.進行電路板的焊接時一定要一步一個步驟，按照要求來做，并注意即時清理電路板上的雜質(zhì)，看清原理圖，才能避免出現(xiàn)不必要的線路問題（短路或者虛焊等），保證焊接出標(biāo)準(zhǔn)的焊點，才能使焊接順利完成。</p><p>　　4.調(diào)試電路時，可以分塊調(diào)試，

46、比如本次實驗中可以先測出方波和三角波產(chǎn)生電路圖，然后再檢測正弦波的產(chǎn)生，這樣可以節(jié)省檢測時間，以免所有的電路出錯而導(dǎo)致檢查時不必要的麻煩出現(xiàn)。</p><p>　　5.關(guān)于對原理圖的仿真，可用multisim軟件或者protues軟件。當(dāng)然，我們只有認(rèn)真學(xué)習(xí)和熟練使用后才能完成對專業(yè)學(xué)習(xí)及對一門課程進行設(shè)計和實踐的要求。</p><p>　　6.只有多次進行實踐，深入地學(xué)習(xí)和分析理論，認(rèn)真

47、的了解相關(guān)軟件，我們才能出色的完成這門課程對我們的要求。</p><p>　　課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技

48、術(shù)，通過查詢資料，也了解信號發(fā)生器的原理及構(gòu)成。 </p><p>　　回顧起此課程設(shè)計我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而

49、提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教不斷探索，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。</p><p>　　最后，就此電路未實現(xiàn)占空比可調(diào)做出思考，如右圖，電位器RP用來調(diào)節(jié)輸出信號的占空比。 二極管D1和D2的作用是控制充、放電回路的時間常數(shù)，實現(xiàn)占

50、空比可調(diào)的目的，如右圖所示。 </p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)/楊明欣主編——北京：高等教育出版社，2012.7（20134重印）</p><p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗教程 何鳳庭主編 湘潭大學(xué)出版社&