实验一信号发生器的原理及应用
一、实验目的
（1）熟悉直接数字合成双路函数信号发生器的工作原理以及面板装置及功能；
（2）会运用UTG2025A型数字信号合成信号发生器产生标准信号和调制信号。
二、实验设备
（1）UTG2025A型函数/任意波形信号发生器1台；
（2）UTD2102C数字存储示波器各1台。
三、实验原理
函数信号发生器是能产生多种特定时间函数波形（如正弦波、方波、三角波
等）供测试用的信号发生器。典型函数信号发生器由输入单元、内/外转换电路、
波形产生电路、频段转换器、扫频电路、占空比和频率调节电路、微处理器、A/D
转换器、直流功率放大器和计数显示器等组成，其电路原理方框图如下所示：
图1典型函数信号发生器电路原理框图
其中波形产生电路、频率调整电路、占空比调整电路、内外扫频控制电路、测频
单元电路等具体电路原理与分析见教材《电子测量技术》P67-P71页内容。
四、实验内容及步骤
4.1 产生标准信号
4.1.1 产生正弦波信号
实验内容：产生一个20MHz、峰峰值100mV、直流偏置－150mV的正弦波信号。
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实验步骤：
（1）确保仪器正确连接后，打开开关，等仪器自检回到主菜
单；（2）按【menu】→【波形】→【正弦波】，如下图所示：
（3）按【menu】→【波形】→【参数】
选择【频率】、【幅度】、【直流偏移】、【相位】不同功能按钮进行设
置：可以用三种方法来输入频率值：（其他数字量输入类似）
①通过按方向键来移动选择光标，再通过多功能按钮来增加、减少频率值；
②通过多功能按钮选中再逆时针、顺时针旋转来增加、减少频率值；
③通过数字键盘输入：进入频率设置状态后，当您按下数字键盘任意一个按键后，屏幕弹出输入窗口，如下图所示：
键入数字后再分别选择不同单位。
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4.1.2 产生方波信号
实验内容：产生一个频率1k Hz、峰峰值1.5V、直流偏置0mV，占空比50%的方波信号。
实验步骤：
（1）确保仪器正确连接后，打开开关，等仪器自检回到主菜单；
（2）按【menu】→【波形】→【方波】，如下图所示：
（3）按【menu】→【波形】→【参数】进行设置，具体方法同上。
4.2 产生调制信号
实验内容：采用幅度调制（AM）模式，产生一个来自仪器内部的200HZ的正弦波作为基波信号，一个频率为10kHZ，幅度为200 mVpp，占空比为45%的方波作为载波信号，调制深度设为80%。
（1）启用幅度调制（AM）功能依次按【Menu】→【调制】→
【类型】→【调幅】来启用AM功能：
（2）设置基波信号参数
通过上面启用AM功能后，利用多功能旋钮和方向键的配合进行设置。也可以在上面启用AM功能的界面中按【参数】软键，弹出如下界面：
要设置某项参数先按对应的软键，再输入所需数值，然后选择单位即可：
（3）设置载波信号参数依次【载波参
数】→【类型】→【方波】
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利用多功能旋钮和方向键配合进行设置，或者按【参数】软键，此时会弹出如下界面：
要设置某项参数先按对应的软键，再输入所需数值，然后选择单位即可：
（4）设置调制深度
在设置完参数后按【返回】软键回到如下界面对调制深度进行设置：
此时可以利用多功能旋钮和方向键的配合进行设置，也可以再次按【参数】→【调制度】软键后通过数字键盘输入数字80再按“%”软键来完成对调制深度的设置：
（5）启用通道输出
按前面板上的【CH1】键快速开启通道一输出，开启后【CH1】键背光灯亮同时在【CH1】信息标签的右边有灰色的“关”字样显示为黄色的“调制”字样，以表示开启通道一输出：
通过示波器查看AM调制波形的形状如下图所示：
五、预习要求
复习教材信号发生器的工作原理以及实验指导书上内容。
六、实验报告
记录实验内容，整理实验数据。
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2 基本原理 2.1 直接数字频率合成器 直接数字合成（Direct Digital Synthesis，简称DDS）技术是从相位概念出发，直接对参考正弦信号进行抽样，得到不同的相位，通过数字计算技术产生对应的电压幅度，最后滤波平滑输出所需频率。 2.1.1 DDS工作原理 下面，通过从相位出发的正弦函数产生描述DDS的概念。 图1表示了半径R为1的单位圆，半径R绕圆心旋转与X轴的正方向形成夹角θ(t)，即相位角。 图1 单位圆表示正弦函数S= R sinθ(t) DDS的原理框图如图2所示。图中相位累加器可在每一个时钟周期来临时将频率控制字（FTW）所决定的相位增量M累加一次，如果记数大于2N，则自动溢出，而只保留后面的N位数字于累加器中[9]。 图2 DDS原理框图
DDS的数学模型可归结为：在每一个时钟周期T c 内，频率控制字M与N比特相位累加器累加一次，并同时对2N取模运算，得到的和（以N位二进制数表示）作为相位值，以二进制代码的形式去查询正弦函数表ROM，将相位信息转变成相应的数字量化正弦幅度值，ROM输出的数字正弦波序列再经数模转换器转变为阶梯模拟信号，最后通过低通滤波器平滑后得到一个纯净的正弦模拟信号。 由于ROM表的规模有限，相位累加器一般仅取高位作为寻址地址送入正弦查询表获得波形幅度值。正弦查询表中以二进制数形式存入用系统时钟对正弦信号进行采样所得的样值点，可见只需改变查询表内容就可实现不同的波形输出。 2.1.2 DDS的结构 DDS的基本结构包括相位累加器、正弦查询表（ROM）、数模转换器（DAC）和低通滤波器（LPF），其中从频率控制字到波形查询表实现由数字频率值输入生成相应频率的数字波形，其工作过程为： ⑴确定频率控制字M； ⑵在时钟脉冲f c 的控制下，该频率控制字累加至相位累加器生成实时数字相位值； ⑶将相位值寻址ROM转换成正弦表中相应的数字幅码。 模块DAC实现将数字幅度值高速且线性地转变为模拟幅度值，DDS产生的混叠干扰由DAC之后的低通滤波器滤除]7[。 ㈠相位累加器 相位累加器是DDS最基本的组成部分，用于实现相位的累加并存储其累加结果。 若当前相位累加器的值为Σ n ，经过一个时钟周期后变为Σ 1+ n ，则满足 Σ 1+ n =Σ n +M Σ n 为一等差数列，不难得出：Σ n =nM+Σ 其中Σ 为相位累加器的初始相位值。 ㈡正弦查询表（ROM） DDS查询表所存储的数据是每一个相位所对应的二进制数字正弦幅值，在每一个时钟周期内，相位累加器输出序列的高m位对其进行寻址，最后的输出为该相位相对应的二进制正弦幅值序列。 ㈢数模转换器（DAC） 数模转换器的作用是将数字形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟形式
课程设计任务书 （一）设计目的 1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。 2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。 3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 （二）设计技术指标与要求 1、设计要求 （1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形； （2）输出信号的频率要求可调； （3）拟定测试方案和设计步骤； （4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路； （6）测量输出信号的幅度和频率； （7）撰写设计报告。 2、技术指标 频率范围：100Hz~1KHz 1KHz~10KHz； 输出电压：方波V P-P≤24V，三角波V P-P=6V，正弦波V P-P=1V；方波t r小于1uS。 （三）设计提示 1、方案提示： （1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。 （2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。 2、设计用仪器设备： 示波器，交流毫伏表，数字万用表，低频信号发生器，实验面包板或万能板，智能电工实验台。 3、设计用主要器件： （1）双运放NE5532（或747）1只（或741 2只）、差分管3DG100 4个、电阻电容若干； （2）IC8038、数字电位器、电阻电容若干。 4、参考书： 《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版社 《模拟电子技术基础》康华光主编高等教育出版社 《模拟电子技术》胡宴如主编高等教育出版社 （四）设计报告要求 1、选定设计方案； 2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值； 3、列出测试数据表格； 4、调试总结，并写出设计报告。 （五）设计总结与思考 1、总结信号发生器的设计和测试方法；
几种简单的函数信号发生器电路图分析 时间：2012-01-10 15:30 作者：赛微编辑来源：赛微电子网 引言 随着模拟电路技术和电力电子技术发展，电路设计中对信号的精度、稳定性、抗干扰能力等要求进一步提高，电子行业中将一些功能进行集成到IC芯片供其他的厂家来使用。在电路设计中，我们除了正常的电源输入之外，还需要提供三角波、方波、正弦波、脉冲波、单次脉冲等特殊的波形来给某个电路提供输入。 这种可以提供三角波、方波、正弦波、脉冲波、单次脉冲等特殊的波形的电路或者仪器（函数信号发生器的种类），我们可以称之为函数信号发生器，它对电子工程师设计的整个系统来说，发挥着重要的作用，它具有各种内置信号、自定义的任意波形和脉冲能力，能帮助您验证设计，检验新的构想，从而让整个设计更具有可靠性。 本文结合几种简单的函数信号发生器电路图，并对其工作原理（函数信号发生器原理）、可以实现的功能和性能、电路特点等方面做了详细的分析，供电子发烧友参考。 程控函数信号发生器电路图 它主要由主控制器LPC2114、MAX038、D/A转换器以及八选一模拟开关CD4051LED显示、键盘、波段切换，波形处理和峰值检波等部分组成，研究了LPC2114通过D/A转换器实现对MAX038频就绪和占空比的调控方法，并给出
了在0.1Hz～20MHz内产生精确的正弦波、方波和三角波的方法。此外，它还具有可调范围大、精度高、信号稳定等特点，可以应用于各种电子测量和控制场合。 LPC2114主要通过D/A转换器TLC5618、DAC0832和八选一模拟开关CD4051对MAX038输出的波形、频率以及占空比进行控制。通过对A1和A0端的不同设置来选择不同的波形。当A1为高电平、A0为任意时，输出波形为正弦波;当A1、A0同时为低电平时，输出波形为方波;当A1为低电平、A0为高电平时，输出波形为三角波。 MAX038输出波形的幅值为2 V(P-P)，最大输出电流为+20 mA，输出阻抗的典型值为0.1 Ω。可直接驱动100 Ω的负载。为了得到更大的输出幅度和驱动能力，就需要对波形信号作进一步处理，下图为一个波形输出与驱动电路。
目录设计 1 .设计指标 2. 设计目的 二. 总电路及原理 三. 各部分组成及原理 1. 原理框图 2. 方波发生电路 3. 三角波产生电路 4. 正弦波电路 四. 实物图 五?原件清单 六.心得体会
设计指标 1) 可产生方波、三角波、正弦波。并测试、调试、组装。 2) 方波幅值＜=24V且频率可调在10hz-10khz三角波幅值可调为8V, 正弦波幅值可调为2V 3) 使用741芯片完成此电路 4) 电路焊接美观大方，走线布局合理 设计目的 1) .掌握电子系统的一般设计方法 2) .掌握模拟IC器件的应用 3) .培养综合应用所学知识来指导实践的能力 4) .掌握常用元器件的识别和测试 5) .熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 二.总电路及原理 由RC构成振荡电路，反相滞回比较器产生矩形波，两者构成方波发生电路，方波经积分器产生三角波，三角波由滤波器产生正弦波，两级滤波产生更好的正弦波。
三?各部分组成及原理原理框图方波发生电路三角波正弦波1.方波发生电路
电路简介 方波发生电路主要由两部分构成 1?反相输入滞回比较器 2.RC振荡电路 若开始滞回比较器输出电压为U1,此时运放同相输入端电压为UP 二U1*R3(R3+R4同时U1通过R2对电容充电，当电容电压达到同相端的电压时输出电压变为-U1，同时同相端电压变为-UP, 由于电容电压大于输出端电压所以电容通过R1放电，当电容电压 等于-UP时输出电压又变为U1,同相端电压变为UP,此时输出电压通过R1对电容进行充电，整个过程不断重复形成自激振荡，由于电容充电时间与放电时间相同，故占空比为50%,形成方波。 利用一阶电路的三要素法列方程求得振荡周期为 T=2R1C5i n(1+2F/R4) 运放采用双电源+12V、-12V输出正弦波幅值为14V左右 注意事项 电路中的稳压管可以起到调节电压幅值并稳定电压的作用，经运放输出端接的R2可以起到稳定波形的作用，但不宜过大，此电路中应不超过500?。另外由于运放为741芯片，故波的频率不会很高，此电路应为一个低频电路。 调节R4R3的比值,C5,R1的阻值均可以调节电路的频率，但要调节幅值的同时不改变波的频率就只能通过稳压管调节，此为电路的缺陷之一
信号发生器 本人介绍一下信号发生器的使用和操作步骤. 1、信号发生器参数性能 频率范围：0.2Hz ~2MHz 粗调、微调旋钮 正弦波, 三角波, 方波, TTL 脉波 0.5" 大型LED 显示器 可调DC offset 电位 输出过载保护 信号发生器/信号源的技术指标: 波形正弦波, 三角波, 方波, Ramp 与脉波输出 振幅>20Vp-p (open circuit)；>10Vp-p (加50Ω负载) 阻抗50Ω+10% 衰减器-20dB+1.0dB (at 1kHz) DC 飘移<-10V ~ >+10V, (<-5V ~ >+5V 加50Ω负载) 周期控制 1 : 1 to 10 : 1 continuously rating 显示幕4位LED显示幕 频率范围0.2Hz to2MHz(共7 档) 频率控制Separate coarse and fine tuning
失真< 1% 0.2Hz ~ 20kHz , < 2% 20kHz ~ 200kHz 频率响应< 0.2dB 0.2Hz ~100kHz；< 1dB100kHz~2MHz 线性98% 0.2Hz ~100kHz；95%100kHz~2MHz 对称性<2% 0.2Hz ~100kHz 上升/下降时间<120nS 位准4Vp-p±1Vp-p ~ 14.5Vp-p±0.5Vp-p 可调 上升/下降时间<120nS 位准>3Vpp 上升/下降时间<30nS 输入电压约0V~10V ±1V input for 10 : 1 frequency ratio 输入阻抗10kΩ(±10%) 交流100V/120V/220V/230V ±10%, 50/60Hz 电源线×1, 操作手册×1, 测试线GTL-101 ×1
一、信号发生器电路安装与调试考核评分表 准考证号姓名规定时间分钟 开始时间结束时间实用时间得分 考核内容及要求配分评分标准扣分 1 元器件清点检查：在10分钟内对所有元 器件进行检测，并将不合格元器件筛选出来进 行更换，缺少的要求补发。 10 超时更换或要求补发按损坏 元件扣分，扣3分/个。 2 安装电路：按装配图进行装接，要求不装 错，不损坏元器件，无虚焊，漏焊和搭锡，元 器件排列整齐并符合工艺要求。 30 漏装，错装或虚焊、漏焊、 搭锡，扣2分/个，安装不整 齐和不符合工艺要求的扣1 分/处，损坏元件扣3分/个。 3 电源电路：接通交流电源，测量交流电压 和各直流电压+12V、-12V、V CC 、-5V。 信号发生器电路：接通+12V、-12V、V CC 、 -5V电源。测量函数信号波形：方波、正弦波、 三角波形。 20 电压测试方法不正确扣10 分，测量值有误差扣5分。 4 选择C=10uf，调节RW13、RW14、RW15， 记录方波的占空比： 1、 2、 3、 10 不会用示波观察输出信号波 形扣10分， 调节不正确扣5分， 波形记录不正确扣5分。 5 改变电容：100nf——100uf，并调节RW11， 记录正弦波输出频率f： 1、 2、 3、 10 最大不失真电压测试方法不 正确扣5分，测量值不准确 扣5分，不会计算最大不失 真功率扣5分。 6 调节RW21、RW22， 记录正弦波输出Vpp： 1、 2、 3、 10 不会测试功放电路的灵敏度 扣5分，不会计算电压放大 倍数扣5分。 7 调节电位器RW16、RW17， 记录正弦波形的失真： 1、 2、 3、 10 测量方法不正确扣5分， 测量数据每处2分，不会绘 制频响曲线扣5分 开始时间：结束时间：实用时间：
信号发生器的基本原理- 信号发生器使用攻略 信号发生器的基本原理 现代信号发生器的结构非常复杂，与早期的简易信号发生器天差地别，但总体基本结构功能单元还是类似的。信号发生器的主要部件有频率产生单元、调制单元、缓冲放大单元、衰减输出单元、显示单元、控制单元。早期的信号发生器都采用模拟电路，现代信号发生器越来越多地使用数字电路或单片机控制，内部电路结构上有了很大的变化。 频率产生单元是信号发生器的基础和核心。早期的高频信号发生器采用模拟电路LC振荡器，低频信号发生器则较多采用文氏电桥振荡器和RC移相振荡器。由于早期没有频率合成技术，所以上述LC、RC振荡器优点是结构简单，可以产生连续变化的频率，缺点是频率 稳定度不够高。早期产品为了提高信号发生器频率稳定度，在可变电容的精密调节方面下了很多功夫，不少产品都设计了精密的传动机构和指示机构，所以很多早期的高级信号发生器体积大、重量重。后来，人们发现采用石英晶体构成振荡电路，产生的频率稳定，但是石英晶体的频率是固定的，在没有频率合成的技术条件下，只能做成固定频率信号发生器。之后 也出现过压控振荡器，虽然频率稳定度比LC振荡器好些，但依然不够理想，不过压控振荡 器摆脱了LC振荡器的机械结构，可以大大缩减仪器的体积，同时电路不太复杂，成本也不高。现在一些低端的函数信号发生器依然采用这种方式。 随着PLL锁相环频率合成器电路的兴起，高档信号发生器纷纷采用频率合成技术，其 优点是频率输出稳定（频率合成器的参考基准频率由石英晶体产生），频率可以步进调节，频率显示机构可以用数字化显示或者直接设置。早期的高精度信号发生器为了得到较小的频率步进，将锁相环做得非常复杂，成本很高，体积和重量都很大。目前的中高端信号发生器 采用了更先进的DDS频率直接合成技术，具有频率输出稳定度高、频率合成范围宽、信号频谱纯净度高等优点。由于DDS芯片高度集成化，所以信号发生器的体积很小。 信号发生器的工作频率范围、频率稳定度、频率设置精度、相位噪声、信号频谱纯度都与频率产生单元有关，也是信号发生器性能的重要指标。 信号发生器的一大特性就是可以操控仪器输出信号的幅度，信号通过特定组合衰减量的衰减器达到预定的输出幅度。早期的衰减器是机械式的，通过刻度来读取衰减量或输出幅度。现代中高档信号发生器的衰减器单元由单片机控制继电器来切换，向电子芯片化过渡，衰减单元的衰减步进量不断缩小，精度相应提高。大频率范围的高精度衰减器和高精度信号输出属于高科技技术，这也是国内很少有企业能制造高端信号发生器的原因之一。信号发生器的信号输出范围和输出电平的精度和准确度也是标志信号发生器性能的重要指标。
函数信号发生器的设计、和装配实习 一．设计制作要求： 掌握方波一三角波一正弦波函数发生器的设计方法和测试技术。学会由分立器件和集成电路组成的多级电子电路小系统的布线方法。掌握安装、焊接和调试电路的技能。掌握在装配过程中可能发生的故障进行维修的基本方法。 二．方波一三角波一正弦波函数发生器设计要求 函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路(如单片集成电路函数发生器ICL8038)。本次电子工艺实习，主要介绍由集成运算放大器和晶体管差分放大器组成的方波一三角波一正弦波函数信号发生器的设计和制作方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多 种： 1：如先产生正弦波，然后通过整 形电路将正弦波变换成方波，再由积分 电路将方波变成三角波。 2：先产生三角波一方波，再将三 角波变成正弦波或将方波变成正弦波。 3 3：本次电路设计，则采用的图1函数发生器组成框图 是先产生方波一三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。此钟方法的电路组成框图。如图1所示：可见，它主要由：电压比较器、积分器和差分放大器等三部分构成。 为了使大家能较快地进入设计和制做状态，节省时间，在此，重新复习电压比较器、积分器和差分放大器的基本构成和工作原理： ，并判所谓比较器，是一种用来比较输入信号v1和参考电压V REF 断出其中哪个大，在输出端显示出比较结果的电路。 在《电子技术基础》一书的9.4—非正弦波信号产生电路的9.4.1中，专门讲述了： A：单门限电压比较器、B：过零比较器 C：迟滞比较器的电路结构和工作原理。 一、单门限电压比较器 所谓单门限电压比较器，是指比较器的输入端只有一个门限电压。
1. 信号产生部分 1.1 频率控制字输入模块 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity ddsinput is port(a,b,c,clk,clr:in std_logic; q1,q2,q3,q4,q5:buffer unsigned(3 downto 0)); end ddsinput; architecture a of ddsinput is signal q:std_logic_vector(2 downto 0); begin q<=c&b&a; process(cp,q,clr) begin if clr='1'then q1<="0000";q2<="0000";q3<="0000";q4<="0000";q5<="0000"; elsif clk 'event and clk='1'then
DDS信号信号发生器电路设计 case q is when"001"=>q1<=q1+1; when"010"=>q2<=q2+1; when"011"=>q3<=q3+1; when"100"=>q4<=q4+1; when"101"=>q5<=q5+1; when others=>NULL; end case; end if; end process; end a; 1.2 相位累加器模块 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity xiangwei is port(m:in std_logic_vector(19 downto 0); clk,clr:in std_logic; data:out std_logic_vector(23 downto 0)); end xiangwei; architecture a of xiangwei is signal q:std_logic_vector(23 downto 0); begin process(clr,clk,m,q) begin if clr='1'then q<="000000000000000000000000"; elsif (clk'event and clk='1')then q<=q+m; end if; data<=q; end process; end a;
什么是函数信号发生器，函数信号发生器的作用，函数信号发生器的工作原 理 什么是函数信号发生器？函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。 函数信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 函数信号发生器的工作原理：函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。它能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、正弦波，所以在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 函数信号发生器系统主要由主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表构成。当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，一路完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出，输出端为可调电阻。 函数信号发生器产生的各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频发射，这里的射频波就是载波，把音频、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
电子技术综合训练 设计报告 题目：PWM信号发生器的设计 姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 摘要 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易PWM信号发生器,PWM信号发生器应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim10仿真软件。本课程设计介绍了PWM信号发生器的设计方案及其基本原理，并着重介绍了PWM信号发生器各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于
测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字： 目录 1 设计任务和要求…………………………………………………………? 1.1设计任务……………………………………………………………? 1.2设计要求…………………………………………………………….? 2 系统设计…………………………………………………………………? 2.1系统要求…………………………………………………………….? 2.2方案设计……………………………………………………………? 2.3系统工作原理……………………………………………………….? 3 单元电路设计……………………………………………………………? 3.1 单元电路A(单元电路的名称) ……………………………………? 3.1.1电路结构及工作原理……………………………………………? 3.1.2电路仿真…………………………………………………………?
3.1.3元器件的选择及参数确定……………………………………………? 3.2单元电路B(单元电路的名称) ……………………………………? 3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………? 3.2.2电路仿真…………………………………………………………? 3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………….? …… 4 系统仿真……………………………………………………………………?. 5 电路安装、调试与测试……………………………………………………? 5.1电路安装………………………………………………………………? 5.2电路调试………………………………………………………………? 5.3系统功能及性能测试…………………………………………………? 5.3.1测试方法设计………………………………………………………? 5.3.2测试结果及分析……………………………………………………? 6 结论…………………………………………………………………………?
实验1 函数信号发生器的设计与实现 姓名：_ _____ 学号： 班内序号：____ 课题名称：函数信号发生器的设计 摘要：采用运算放大器组成的积分电路产生比较理想的方波-三角波，根 据所需振荡频率和对方波前后沿陡度、方波和三角波幅度的要求，选择运放、稳压管、限流电阻和电容。三角波-正弦波转换电路利用差分放大器传输特性曲线的非线性实现，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度和电路的对称性，同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。 关键词：方波三角波正弦波 一、设计任务要求 1．基本要求：
设计制作一个函数信号发生器电路，该电路能够输出频率可调的正弦波、三角波和方波信号。 (1) 输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真。 (2) 方波输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升、下降沿小于10us。 (3) 三角波Uopp=8V（误差小于20%）。 (4) 正弦波Uopp1V，无明显失真。 2.提高要求： (1) 输出方波占空比可调范围30%-70%。 (2) 自拟（三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调）。 二、设计思路和总体结构框图 总体结构框图： 设计思路： 由运放构成的比较器和反相积分器组成方波-三角波发生电路，三角波输入差分放大电路，利用其传输特性曲线的非线性实现三角波-正弦波的转换，从而电路可在三个输出端分别输出方波、三角波和正弦波，达到信号发生器实验的基本要求。 将输出端与地之间接入大阻值电位器，电位器的抽头处作为新的输出端，实现输出信号幅度的连续调节。利用二极管的单向导通性，将方波-三角波中间的电阻改为两个反向二极管一端相连，另一端接入电位器，抽头处输出的结构，实现占空比连续可调，达到信号发生器实验的提高要求。 三、分块电路和总体电路的设计过程 1.方波-三角波产生电路 电路图：
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
电子技术课程设计报告 电子技术课程设计报告——正弦波函数信号发生器的设计 作品40% 报告 20% 答辩 20% 平时 20% 总分 100% 设计题目：班级：班级学号：学生姓名：
目录 一、预备知识 (1) 二、课程设计题目：正弦波函数信号发生器 (2) 三、课程设计目的及基本要求 (2) 四、设计内容提要及说明 (3) 4.1设计内容 (3) 4.2设计说明 (3) 五、原理图及原理 (8) 5.1功能模块电路原理图 (9) 5.2模块工作原理说明 (10) 六、课程设计中涉及的实验仪器和工具 (12) 七、课程设计心得体会 (12) 八、参考文献 (12)
一、预备知识 函数发生器是一种在科研和生产中经常用到的基本波形生产期，现在多功能的信号发生器已经被制作成专用的集成电路，在国内生产的8038单片函数波形发生器，可以产生高精度的正弦波、方波、矩形波、锯齿波等多种信号波，这中产品和国外的lcl8038功能相同。产品的各种信号频率可以通过调节外接电阻和电容的参数进行调节，快速而准确地实现函数信号发生器提供了极大的方便。发生器是可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。顾名思义肯定可以产生函数信号源，如一定频率的正弦波，有的可以电压输出也有的可以功率输出。下面我们用简单的例子，来说明函数信号发生器原理。 (a) 信号发生器系统主要由下面几个部分组成：主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器(输出变压器)和指示电压表。 (b) 工作模式：当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，其一路径回路，完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路径电容耦合，进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出。输出端为可调电阻。 (c) 工作流程：首先主振级产生低频正弦振荡信号，信号则需要经过电压放大器放大，放大的倍数必须达到电压输出幅度的要求，最后通过输出衰减器来直接输出信号器实际可以输出的电压，输出电压的大小则可以用主振输出调节电位器来进行具体的调节。 它一般由一片单片机进行管理，主要是为了实现下面的几种功能： (a) 控制函数发生器产生的频率; (b) 控制输出信号的波形; (c) 测量输出的频率或测量外部输入的频率并显示; (d) 测量输出信号的幅度并显示; (e) 控制输出单次脉冲。 查找其他资料知：在正弦波发生器中比较器与积分器组成正反馈闭环电路，方波、三角波同时输出。电位器与要事先调整到设定值，否则电路可能会不起振。只要接线正确，接通电源后便可输出方波、三角波。微调Rp1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节Rp2，则输出频率在对应波段内连续可变。 调整电位器及电阻，可以使传输特性曲线对称。调节电位器使三角波的输出幅度经R输出等于U值，这时输出波形应接近正弦波，调节电位器的大小可改善波形。 因为运放输出级由PNP型与NPN型两种晶体管组成复合互补对称电路，输
实验8 序列信号发生器电路设计 一、实验目的： 1．熟悉序列信号发生器的工作原理。 2．学会序列信号发生器的设计方法。 3．熟悉掌握ＥＤＡ软件工具Proteus 的设计仿真测试应用。 二、实验仪器设备： 仿真计算机及软件Proteus 。 74LS161、74LS194、74LS151 三、实验原理： 1、反馈移位型序列信号发生器 反馈移位型序列信号发生器的结构框图如右图 所示，它由移位寄存器和组合反馈网络组成， 从寄存器的某一输出端可以得到周期性的序列 码。设计按一下步骤进行： （1）确定位移寄存器位数n ，并确定移位 寄存器的M 个独立状态。 CP 将给定的序列码按照移位规律每 n 位一组，划分为M 个状态。 若M 个状态中出现重复现象，则应增加移位寄存器的位数。用n+1位再重复上述过程，直到划分为M 个独立状态为止。 （2）根据M 各不同状态列出寄存器的态序表和反馈函数表，求出反馈函数F 的表达式。 （3）检查自启动性能。 （4）画逻辑图。 2、计数型序列信号发生器 计数型序列信号发生器和组合的结构框图 如图 所示。它由计数器和组合输出网络两部分 组成，序列码从组合输出网络输出。设计 过程分为以下两步： （1）根据序列码的长度M 设计模M （2）按计数器的状态转移关系和序列码的要求组合输出网络。由于计数器的状态设置和输出序列没有直接关系，因此这种结构对于输出序列的更改比较方便，而且还能产生多组序列码。 四、计算机仿真实验内容及步骤、结果： 1、设计一个产生100111序列的反馈移位型序列信号发生器。 1、根据电路图在protuse 中搭建电路图
EDA课程设计简易信号发生器的设计实现 小组成员：XXXXXX XXXXX 专业：XXXXX 学院：机电与信息工程学院指导老师：XXXXXX 完成日期：XX年XX月XX日
目录 引言 (3) 一、课程设计内容及要求 (3) 1、设计内容 (3) 2、设计要求 (3) 二、设计方案及原理 (3) 1、设计原理 (3) 2、设计方案 (4) （1）设计思想 (4) （2）设计方案 (4) 3、系统设计 (5) （1）正弦波产生模块 (5) （2）三角波产生模块 (6) （3）锯齿波产生模块 (6) （4）方波产生模块 (6) （5）波形选择模块 (6) （6）频率控制模块 (6) （7）幅度控制模块 (6) （8）顶层设计模块 (7) 三、仿真结果分析 (7) 波形仿真结果 (7) 1、正弦波仿真结果 (7) 2、三角波仿真结果 (8) 3、锯齿波仿真结果 (8) 4、方波仿真结果 (8) 5、波形选择仿真结果 (9) 6、频率控制仿真结果 (9) 四、总结与体会 (10) 五、参考文献 (10) 六、附录 (11)
简易信号发生器 引言 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广范的应用。它能够产生多种波形，如正弦波、三角波、方波、锯齿波等，在电路实验和设备检验中有着十分广范的应用。 本次课程设计采用FPGA来设计多功能信号发生器。 一、课程设计内容及要求 1、设计内容 设计一个多功能简易信号发生器 2、设计要求 （1）完成电路板上DAC的匹配电阻选择、焊接与调试，确保其能够正常工作。 （2）根据直接数字频率合成（DDFS）原理设计正弦信号发生器，频率步进1Hz，最高输出频率不限，在波形不产生失真（从输出1KHz正弦转换为输出最高频率正弦时，幅度衰减不得大于10%）的情况下越高越好。频率字可以由串口设定，也可以由按键控制，数码管上显示频率傎。 （3）可以控制改变输出波形类型，在正弦波、三角波、锯齿波、方波之间切换。 （4）输出波形幅度可调，最小幅度步进为100mV。 二、设计方案及原理 1、设计原理 （1）简易信号发生器原理图如下
Xuchang Electric V ocational College 毕业论文（设计） 题目：函数信号发生器的设计与制作 系部：电气工程系_ 班级：12电气自动化技术 姓名：张广超 指导老师：郝琳 完成日期：2014/5/20
毕业论文内容摘要
目录 1引言 (3) 1.1研究背景与意义 (3) 1.2研究思路与主要内容 (3) 2 方案选择 (4) 2.1方案一 (4) 2.2方案二 (4) 3基本原理 (5) 4稳压电源 (6) 4.1直流稳压电源设计思路 (6) 4.2直流稳压电源原理 (6) 4.3集成三端稳压器 (7) 5系统工作原理与分析 (8) 5.1ICL8038芯片性能特点简介 (8) 5.2ICL8038的应用 (8) 5.3ICL8038原理简介 (8) 5.4电路分析 (9) 5.5ICL8038内部原理 (10) 5.6工作原理 (11) 5.7正弦函数信号的失真度调节 (11) 5.8ICL8038的典型应用 (12) 5.9输出驱动部分 (12) 结论 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
1引言 信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 1.1研究背景与意义 函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波正弦波三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此，建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如 ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的[1]。 1.2研究思路与主要内容 本文主要以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术实验使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从几赫到几百千赫的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。基于ICL8038函数信号发生器主要电源供电、波形发生、输出驱动三大部分组成。电源供电部分：主要由集成三端稳压管LM7812和LM7912构成的±12V直流电压作为整个系统的供电。波形发生部分：主要由单片集成函数信号发生器ICL8038构成。通过改变接入电路的电阻或电容的大小，能够得到几赫到几百千赫不同频率的信号。输出驱动部分：主要由运放LF353构成。由于ICL8038的输出信号幅度较小，需要放大输出信号。ICL8038的输出信号经过运放LF353放大后能够得到输出幅度较大的信号[2]。
信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数） ～ 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。（差模传输特性）其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注 应接近晶体意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V m 管的截止电压值。 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2调整电路的对称性，并联电阻R E2用来减小差分放大器的线性区。C 1、C 2、C 3为隔直电容，C 4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。取Ic2上面的电流（看输出） 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。(n>3) ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p 。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r ～和r △；表征方波特性的参数是上升时间t r 。 四、电路仿真与分析 实验仿真电路图如图