物理与电子工程学院
课题设计报告
课题名称：正弦函数发生器设计
组别：20组
组长：2011级杨会
组员：2011级胡原彬
组员：2011级廖秋伟
2013年7月10日
目录
一．设计要求 (3)
二．总体设计 (3)
三．设计方案 (3)
㈠用运算放大器产生1000HZ的正弦信号 (3)
㈡将正弦波转换为方波 (3)
㈢将方波转换为正弦波 (4)
㈣还原波形 (4)
四．设计步骤及参数的确定 (4)
㈠用运算放大器产生1000HZ的正弦信号 (4)
㈡正弦波转换为方波 (4)
㈢方波转换为正弦波 (5)
㈣还原波形 (5)
㈤整体电路原理图 (6)
五．实验仿真结果 (6)
㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波的波形 (6)
㈡用放大器放大振幅还原后的波形 (7)
六．电路板的制作 (7)
㈠画图 (7)
㈡元器件清单 (8)
㈢实物焊接 (8)
七．电路的调试 (8)
㈠电路连接 (8)
㈡波形测量 (8)
㈢数据的记录 (8)
八．总结 (9)
㈠设计过程中遇到的问题 (9)
㈡心得体会 (10)
正弦函数发生器
一．设计要求
1. 用运算放大器产生一个1000HZ 的正弦波信号。
2. 将此正弦波转换为方波。
3. 再将此方波转换为正弦波。
4.
限用一片LM324和电阻、电容。
二．总体设计
总体设计大体上可分为四个模块：
1. 用振荡电路产生1000HZ 的正弦波信号；
2. 用一个过零比较器把正弦波变为方波；
3. 用RC 滤波电路从方波中滤出正弦波；
4. 检测波形用放大器还原振幅。
三．设计方案
㈠用运算放大器产生1000HZ 的正弦信号
用RC 和一个运放组成文氏电桥振荡电路，调节RC 选频电路来产生1000HZ 的正弦波。
㈡ 将正弦波转换为方波
用一个运放接成过零比较器就可以把正弦波转换为方波。但会存在少许误差。
㈢将方波转换为正弦波
用电阻和电容组成RC滤波电路，选择合适的数据参数就能实现把方波变为正弦波。
㈣还原波形
用一个同相放大器把波形的幅度放大还原。
四．设计步骤及参数的确定
㈠用运算放大器产生1000HZ的正弦信号
用电阻、电容、二极管和一个运放组成文氏电桥振荡电路，电路图如下。
参数选择中最重要的是R6和C2的值选择，因为它们是选频电路。f=1/2ΠRC 。
f=1000HZ，所以可以确定RC的值。
㈡正弦波转换为方波
用一个运放接成过零比较器如下图，通向端接信号输入，反向端接地。只要输入信号电压大于或小于零，信号就发生跳变，可以把正弦波转换为方波。
㈢方波转换为正弦波
用电阻和电容接成RC滤波电路。在R2和C3过后的节点处波形是三角波，最后输出是正弦波。
㈣还原波形
1.在RC滤波电路输出的正弦波，幅度变小了约9倍的样子，用一个同向放大器放大它的幅度。
2.因为同向放大器的放大倍数为：A=1+R12/R11 。所以确定R11=8k欧姆，R12=1k 欧姆。
㈤整体电路原理图
五．实验仿真结果
㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波的波形
注：红色为震荡产生的正弦波，蓝色为正弦波转换成的方波，白色为方波转换成的正弦波。
振荡电路产生的正弦波：
振幅：9.8V ，频率：1000HZ 。
由方波转换的正弦波：
振幅：1.1V 频率1000HZ。
㈡用放大器放大振幅还原后的波形
放大还原后的正弦波：
幅度：9.8V；频率：1000HZ。
六．电路板的制作
㈠画图
在DXP软件中画出上面已近仿真成功的原理图，选择封装，转换成PCB模式。整理PCB版面上的元件布局，尽量避免导线的交叉。
㈡元器件清单
㈢实物焊接
按照上面的布局排列实物电路板，依据PCB板的线路分布焊接电路。注意焊接时不要短路和外接电源、接地的接口的焊接，并把要测试的信号用导线引到排针上方便测试。
七．电路的调试
㈠电路连接
用±12V 的恒压源连接到电路板的正负电源接口，把电路板接地端接地。
㈡波形测量
用示波器观测振荡器产生的正弦波、方波、转换后的正弦波和放大还原的正弦波。注意调节电位器。
㈢数据的记录
㈣数据结果分析
我们用振荡器产生了频率1000HZ 振幅9.8V的正弦波，经过过零比较器后变为频率1000HZ 振幅13.4V的方波，在经过我们的滤波电路，把方波转换为频率1000HZ 振幅1.1V的正弦波，最后经放大器放大还原为频率1000HZ 振幅9.8V的正弦波。虽然实际值和理论值有一些小小的误差，但实验还是得到了正确的结果。
八．总结
㈠设计过程中遇到的问题
因为第一次做类似的设计电路，很多地方不清楚，都是在摸索中进行的。遇到了很多大小的问题。比如:
1.电路图自己设计很困难，在查找电路图时很多都不能实现，这些电路对于我们不适用。
2.元件的参数确定是大多是参照我们查找的电路，稍作修改。自己很少从设计的角度来理论计算。
3.仿真时有时候是正确的波形，感觉没有动它一会儿又出了问题。
4.在焊接电路板时，各个元件的引脚很细很密，容易短路。第一次焊接完了去调试时，用示波器在元件中寻找波形很不方便，而且没有波形。我们再次检查并把要检测的信号用导线连接到排针上方便检测。
5.第二次检测时感觉是那些地方短路了，做了修改后再去检测，后面几步都有波形但是第一步（振荡器）没有成形的正弦波。我们认为是振荡器的两个电位器的阻值没调好。
6.我们在电路板上用到了4个电位器，最初我们不知道电位器怎么调节是变大或变小，只有一通乱调，后来才想到用万用表测它的电阻。
7.最初我们的电位器只用到了两个引脚，认为连接方式和滑动变阻器类似，后来听说得三个脚都用到，中间和两侧中的一个串联再外接。
8.经过种种改善和调试都不行，我们打算新做了一个电路板，在焊接的时候我没看见新的LM324n芯片，想把它换在旧板上试一试，结果调试出了波形，虽然最后的正弦波有失真，但前面振荡器产生的正弦波和方波都是可以的，频率都可以通过电位器调到1000HZ ,幅值也可以调节。主要是最后的转换后的正弦波有些失真，放大后也存在失真。
9.由于失真，我们检查后把电容C3由原来的1.2uF 改为1uF（好像C3电容原本不是它所标注的1.2uF），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能达到初始正弦波的1/2，再调大就波峰就截止了。我们有尝试改小电容C4和C5。
10. 为了进一步完善，我们把相关的电阻和电容测量一下并适当替换。在调整后又拿去调试，仔细调节电位器，终于得到了正确的结果！
