正弦波信号发生器设计(课设)综述

课程设计I(论文)说明书
(正弦波信号发生器设计)
2010年1月19日
摘要
正弦波是通过信号发生器，产生正弦信号得到的波形，方波是通过对原信号进行整形得到的波形。

本文主要介绍了基于op07和555芯片的正弦波-方波函数发生器。

以op07和555定时器构成正弦波和方波的发生系统。

Op07放大器可以用于设计正弦信号，而正弦波可以通过555定时器构成的斯密特触发器整形后产生方波信号。

正弦波方波可以通过示波器检验所产生的信号。

测量其波形的幅度和频率观察是否达到要求，观察波形是否失真。

关键词：正弦波方波 op07 555定时器
目录
引言 (2)
1 发生器系统设计 (2)
1.1系统设计目标 (2)
1.2 总体设计 (2)
1.3具体参数设计 (4)
2 发生器系统的仿真论证 (4)
3 系统硬件的制作 (4)
4 系统调试 (5)
5 结论 (5)
参考文献 (6)
附录 (7)
1
引言
正弦波和方波是在教学中经常遇到的两种波形。

本文简单介绍正弦波和方波产生的一种方式。

在这种方式中具体包含信号发生器的设计、系统的论证、硬件的制作，发生器系统的调制。

1、发生器系统的设计
1.1发生器系统的设计目标
设计正弦波和方波发生器，性能指标要求如下：
1）频率范围100Hz-1KHz ；
2）输出电压p p V ->1V ；
3）波形特性：非线性失真~γ<5%。

1.2总体设计
（1）正弦波设计：正弦波振荡电路由基本放大电路、反馈网络、选频网络组成。

2
图1.1
正弦波振荡电路产生的条件是要满足振幅平衡和相位平衡，即AF=1；
φa+φb=±2nπ；A=X。

/Xid; F=Xf/X。

；正弦波振荡电路必须有基本放大电路，
本设计以op07芯片作为其基本放大电路。

基本放大电路的输出和基本放大电路的负极连接电阻作为反馈网络。

反馈网络中
两个反向二极管起到稳压的作用。

振荡电路的振荡频率f0是由相位平衡条件决
定的。

一个振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这要求AF环路中包含
一个具有选频特性的选频网络。

f0=1/2πRC。

要实现频率可调，在电容C不变的
情况下电阻R可调就可以实现频率f0的变化。

（2）方波设计：方波可以把正弦波通过斯密特触发器整形后产生。

基于555定时器接成的斯密特触发器。

设斯密特触发器输出波形为V1，V2且V1>V2。

输入正弦波v1从0逐渐升高的过程：v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；
当1/3Vcc<v1<2/3Vcc时，输出v0=V2保持不变；
v1>2/3Vcc时，v0=V2；
输入正弦波v1从高于2/3Vcc开始下降的过程：当1/3Vcc<v1<2/3Vcc时，
输出v0=V2保持不变；v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；
此电路中会产生V=1/3Vcc的回差电压。

这个电压就是就是方波的振幅。

而方波的频率是随着正弦波的频率变化的。

所以方波的频率等于正弦波的频率f0。

3
（3）正弦波和方波的连接框图：
图1.2
1.3 具体参数设计
根据设计的频率范围要求：100Hz-1KHz；由f0=1/2πRC，在电容为0.1uF时。

可以计算出1.59k<R<15.9k，为了满足设计要求选择50k的级联电阻。

而正弦波的振幅由反馈网络中的R1、R2、二极管构成的稳压管电压VD决定。

正弦波输出电压V1=3R1/(2R1-R2)；为了能够起振，要求R1+R2>2R1，选择R1=5.1k，那么R2>5.1k，所以选择阻值为20k的可变电阻。

而在电源提供给芯片的电压中还有一些杂波，所以在接入C4、C5、C6起到滤波的作用。

C7是起到积分的作用和隔直流的作用。

总而使得方波的输出波形更加的稳定。

原理图（见附录图d）2、发生器系统的仿真论证
在实际制作之前，根据设计的原理图，通过multisim10.0仿真软件进行仿真，完善原理图的设计。

仿真原理图（见附录图a），通过示波器检测得到的正弦波形（见附录图b），通过示波器检测得到的方波形（见附录图c）；
4
3 、系统硬件的制作
电路板的绘画可以通过DXP2004来完成，根据设计的电路绘制原理图（见附录）绘制出的原理图导出PCB，再通过人工的排序后，设置线条的大小和安全距离，自动布线，再对自动布线后的结构做必要的修改，只PCB板更加的美观（见附录）。

根据PCB板做出电路板。

并焊接。

完成电路板硬件的制作。

4、系统调制
用万用表根据原理图线路的连接对电路板进行检测是否有短路、虚焊、断路现象。

完成这些操作后，正确的把电路板接入电源。

用示波器检测波形的幅频特性和观察波形是否失真。

开始调制时。

由于设计的时候没有考虑到要频率的可调性，在选频网路中没有用到可调电阻，所以频率只能在一个频率点上，并不能满足频率可调的要求，根据频率的范围选择50k的级联电阻，使得选频网络中的电阻能够达到同步可调。

用级联电阻调节正弦函数的频率。

产生的正弦波导入斯密特触发器是，回出项较大程度的失真，可能是因为导入的正弦波中存在着杂波，导致整形后得到的方波出现毛尖的问题。

在导入正弦波之前加一个积分电容。

得到的波形基本达到要求。

调制完善后。

用示波器对波形进行测量，在大致不是真的情况下，频率在32Hz~4kHz，正弦波的峰峰值为：6.8V，方波的峰峰值为3.1V。

基本达到了设计的要求。

频率理论值计算如下；
C3=0.1uF；Rp=0~50k；
f<∞；。

=>31.8Hz<。

fπ2/1
=
RC
但是在电路的调制过程中当调制的范围大于4kHz后，波形出项较严重的失真。

5、总结
正弦波-方波函数发生器可以分为正弦波产生部分和方波产生部分。

正弦波的产生电路时基于op07的放大电路实现的，通过放大电路的自激振荡来完成，这需要放大器满足自激振荡的条件：AF=1；φa+φb=±2nπ。

由基本放大电路、选频网络、反馈网络构成。

而方波的才产生是由555构成的斯密特触发器整形后实现。

本文主要陈述了正弦波-方波函数发生器的原理，正弦波的设计，方波的设计。

绘制原理图到，设计PCB图，到做电路板和调制的全过程。

设计的电路基本完成了设计的要求，但其中也有缺点和需要完善的地方。

在正弦波部分缺点主要是波形有些微弱的失真，波形的上升部分下降部分微弱的不对称，可能是由于选择的元器件精确度不够，导致在调制的时候没有办法做到更加的准确。

方波部分可能是因为输入的正弦波并没有到达要求，所以输出的方波有些微弱的杂波。

出现毛尖现在。

因为电源提供给芯片的电压中也存在微小的杂波，如果能够把电源里的杂波滤除，系统收到的干扰也将会减少。

通过课程设计掌握了一个电路板从设计到调制完成的全过程。

5
参考文献
【1】康华光，陈大钦，张林.电子技术基础模拟部分（第五版）【M】北京：高等教育出版社，2010：339~342，434~441
【2】阎石.数字电子技术基础（第五版）【M】.北京：高等教育出版社，2010，488~497
【3】周巍，黄建华.数字逻辑电路∙实验∙设计.∙仿真【M】.成都：电子科技大学出版社，2010，98~99
[1] 陈尚松,雷加,郭庆.电子测量与仪器[M].北京：电子工业出版社，2005：108～126
6
附录
仿真原理图：
图a
正弦波仿真：
图b
7
方波仿真：
图c
DXP原理图：
图d
DXP-PCB图：
8
图e 附录f：元件清单
序号名
称数
量
备注
1 555芯片 1
2 Op07芯片 1
3 八角芯片底座 2
4 电容7 0.1uF
5 电阻 2 5.1k
6 级联电阻 1 50k
7 可变电阻 1 20k
8 排针 2
9 排线 1
10 二极管 2 6V
9。