推荐-函数信号发生器的设计 精品
- 格式：docx
- 大小：219.65 KB
- 文档页数：20
函数信号发生器设计报告
1.设计目的
（1）进一步熟悉和掌握模拟电子电路的设计方法和步骤；
（2）进一步理解函数信号发射器的结构、组成及原理，将理论和实践相结合。
2.设计任务
（1）已知条件：
产生正弦波、方波和三角波，输出频率、幅值可调。
（2）指标要求：
输出频率300Hz--10KHz可调，输出幅值30mV-3V可调，输出阻抗小于100欧
3.设计要求
（1）完成全电路的理论设计；
（2）参数的计算和有关器件的选择；
（3）完成EDA电路搭建及仿真分析：
（4）撰写设计报告一份，A3图纸一张。报告内容包括：总体方案的选择和设计，各单元电路的选择和设计，参数的计算，系统电路的仿真与分析。
4.参考资料
（1）高吉祥主编，电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，20XX
（2）谢云主编，现代电子技术实践课程指导，北京：机械工业出版社，20XX
（3）李万臣主编，模拟电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，20XX
（4）李立主编，电工学实验指导，北京：高等教育出版社，20XX
目录
一、总体方案选择························3
(一)原理介绍························3
（二）方案选择·······················3
二、单元电路的选择与设计····················4
（一）正弦波发生电路的选择与设计·················4
（二）正弦波—方波转换电路的选择与设计··················7
（三）方波--三角波转换电路的选择与设计··················10
（四）总电路图··························13
三 电路仿真····························14
（一）软件介绍···························14
（二）仿真得到的正弦波的波形图················15
（三）仿真得到的正弦波-方波转换电路的输入和输出波形
··················16
（四）仿真得到的方波--三角波转换电路的输入和输出波形
··············17
四 附录······························18
五 心得体会及建议······················19
六 参考文献··························20
一 总体方案选择
（一）原理介绍
信号发生器是指产生所需参数的的电测试信号的仪器。按信号波形可以分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。
信号发生器又称为信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛应用，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
信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，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。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理：系统包括主振级、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。
（二）方案选择
考虑到自己能力所及，我们决定采用先产生正弦波，再由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这一方案。具体原理如图1所示：
图1 制作函数信号发生器的原理构造图
二 单元的选择与设计
（一）正弦波发生电路的选择与设计
1.方案选择
正弦波发生电路我们采用如图2所示电路：
图2 正弦波发生电路的原理图
2.原理概述
如图所示原理构造图，正弦波电路由放大电路、正反馈网络和选频率网络组成。RC串联臂阻抗为Z1，RC并联臂阻抗为Z2，通常要满足R1=R2，C1=C2，其频率特性分析如下：
)/1(111jwCRZ，
)1/()/1(22222CjwRRjwCRZ
反馈网络的反馈系数
2222)(31)(sRCsRCsRCZZZsFv
因s=jw，令w0=1/RC，则反馈系数为
)(3100wwwwjFv
幅频特性表达式为
2002)(31wwwwFv
当w=w0=1/RC时，
幅频响应有最大值
Fvmax=1/3。
此时相频响应为
o0f。
这样RC串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输出电压同相，即nfA2，RC反馈为正反馈，满足相位平衡，可能产生振荡。
调节RC的参数时可实现频率谐振，在频率谐振过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。本次采用RC正弦波振荡器，可产生7Hz至16KHz的低频信号，满足设计要求。
3.参数计算
振荡频率RCf210，10Hz 稳幅部分采用常见的1N4001反向并联连接(实际由于元器件的限制改用1N4007)，输出端用1kΩ电阻限流。 4.方案的具体实现 如图本实验采用文氏电桥RC串并联构成正反馈支路，决定电路的振荡频率f0；Rf和R1形成的是负反馈支路，该反馈支路决定起振的幅值条件和振荡波形的失真程度。在实际电路中，往往在负反馈支路中加上两个反向并联的二极管D1、D2,利用并联的反向二极管的非线性特性来实现稳幅的作用。 实验具体电路如图3所示 U1ALM324AD321141VCC12VVEE-12VR13.3kΩRf7kΩD11N4001D21N4001C1uF100kΩKey=A50%R100kΩKey=A50%R51kΩ1uF2106043VEEVCC1 图3 （二）正弦波—方波转换电路的选择与设计 1.方案选择 正弦波—方波转换电路我们采用如图4所示电路： 图4 2.原理概述 R1、D1、D2为输入保护电路，R1为限流电阻，防止Vi过大时损坏运算放大器；D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度；输出回路R2为限流电阻，Dz为双向稳压二极管，完成输出电压双向限幅，使得输出电压幅度限制为±Vz。 当Vi为正弦波信号时，经比较器变换，输出Vo为方波信号，如图5所示。 图5 输出方波的特性曲线 3.参数计算 ①输入端保护限流电阻我们选择R4 =1K ②因为实验要求输出幅值30mV-3V可调,故Dz我们选用02BZ2.2稳压管反向串联，电压幅度限制在±Vz。 ③输出端限流电阻选用20K电位器（实际用100K的电位器取代） ④限制电压输入幅度同样采用二极管1N4001反向并接 4. 方案的具体实现 实验具体电路如图6所示 VCC12VVEE-12VD31N4001D41N4001U2ALM324AD321141R6100kΩKey=A50%12500VCCVEED602BZ2.2D502BZ2.28R51kΩ6 图6 R5、D3、D4为输入保护电路，R5为限流电阻，防止Vi过大时损坏运算放大器；D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度；输出回路R6为限流电阻，Dz为双向稳压二极管，完成输出电压双向限幅，使得输出电压幅度限制为±Vz （三）方波--三角波转换电路的选择与设计 1.方案选择 方波--三角波转换电路我们采用如图7所示电路： 图7 2.原理概述 如图7所示，利用虚短和虚断两条法则求Vo和Vi的关系，有： 0PNVV dtdvCdtVdCdtdvCiCC)0(0 由节点电流法可知 CRii dtdvCRVi0 等式经变形得到 dtvRCvi10，表明v0与vi为积分关系。 因此，若积分器输入为方波，其输出波形即为三角波。如图8所示： 图8 方波-三角波转换器即积分器的输出输入波形 3.参数计算 ①C3采用1uF，R5采用1KΩ，由计算公式wcRR•3561||得到 Ｒ６＝９００Ω，是由于实际元器件的限制Ｒ６我们选用１Ｋ的电阻代替. ②并联在积分电容两端的电阻Ｒ１０>10R5，实际电路中我们选取150K 电阻。 4.方案的具体实现 运用积分电路，把方波转换成三角波。但是在实际电路中通常在积分电容的两端并连一个反馈电阻Rf用作直流负反馈，目的是减小集成运算放大器输出端的直流漂移。 实验具体电路如图9所示： 1kΩC42.4uFU4ALM324AD321141R12150kΩ100kΩ970VCCVEE11 图9
