信号发生器课程设计报告完整版

信号发生器课程设计报

告

HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

目录一、课题名称 (2)

二、内容摘要 (2)

三、设计目的 (2)

四、设计内容及要求 (2)

五、系统方案设计 (3)

六、电路设计及原理分析 (4)

七、电路仿真结果 (7)

八、硬件设计及焊接测试 (8)

九、故障的原因分析及解决方案 (11)

十、课程设计总结及心得体会 (12)

一、课题名称：函数信号发生器的设计

二、内容摘要：

函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。

三、设计目的：

1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。

2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。

3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。

4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。

5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。

四、设计内容及要求：

1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分

（1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。

（2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。

（3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。

（4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围

400Hz~5KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。

软件仿真部分元器件不限，只要元器件库中有即可，但需要注意合理选取。

2、要求实际制作部分

上述（4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围100Hz~3KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。

3、硬件设计：组装、调试根据原理图焊接的函数信号发生器.

硬件制作部分核心元器件：uA741、LM324、9013，电阻电容不限。

五、系统方案设计：

函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数信号发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路，为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波、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；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波获将方波变成正弦波等等，本次设计采用先产生方波、三角波，再将三角波变换成正弦波的方法。

由比较器和差分器组成方波--三角波产生电路，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定、输入阻抗高，抗干扰能力强等优点，特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可以将频率很低的三角波转换为正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

波形转换电路：

比较器产生方波?积分器产生三角波?用差分放大电路实现正弦波，相应转换关系如下:

六、电路设计及原理分析

(一)总电路设计图：

①R1、R2、R3、R4 及U1构成同相输入迟滞比较器，在U1的6脚输出方波。R4为可变电阻，可调节相应方波幅度。②R5、R6、R16、C1和U2构成积分器，将方波变换成三角波，在U2的6脚输出三角波。R6为可变电阻，可调节方波和三角波的频率。③Q1、Q2及相应电阻、电容构成差分放大电路，利用差分放大电路传输特性曲线的非线性性将三角波转换成正弦波。C2、C3、C4均为隔直通交电容，R7、R11为可变电阻，R7用于调节波形失真情况，R11用于调节差分放大电路传输曲线的对称性。④Q3、Q4、R13、R14、R15构成比例电流源。

(二) 方波产生电路：

工作原理：

由于同相迟滞比较器具有回差特性，有两个门限电压，设某个瞬间电路的输出电压为+Uz ，此时滞回电压比较器的门限电压为UTH1，输出信号经电阻R 对电容C

充电，uc 的波形如图（a ）所示。当uc 上升到UTH1时，比较器翻转，输出电压变为-Uz ，门限电压也随之变为UTH2，此时，电容C 经电阻R 放电，当该电压下降到UTH2时，输出电压又回到+Uz ，电容又开始充电的过程，周而复始，比较器输出端便得到矩形波信号Uo 。其波形如图（b ）所示。

设电容器在t=0时开始充电，充电的初始电压uc （0）=UTH2，电容器的充电电

压uc 最终为+Uz ，根据这些特点可得电容充电过程三要素为uc （0）=UTH2 ， uc （∞）=+Uz ，τ=RC 根据一阶RC 电路的三要素表达式，可得电容上的电压随时间变化的关系： 因滞回电压比较器的门限电压为：

uc 从UTH2充电到UTH1所需的时间为tw ，

因电容器充、放电的时间相等，所以，振荡的周期 改变R1、R2、R 和C 的参数，即可改变输出信号的频率，使充、放电电路的时间常数不相等，就可改变输出信号的占空比。

下图为仿真时的方波产生电路：

(三) 三角波产生电路：

工作原理：

根据RC 积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当RC 积分电路的输入信号为方波时输出信号是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和积分电路就可以组成三角波信号发生器。

根据叠加定理，A1同相端电位

[][]C C C C Z TH2Z ()()(0)()t t u t u u u e U U U e

ττ--=∞+-∞=+-111212w t Z Z Z Z R R U U U U e R R R R τ-⎡⎤=+--⎢⎥++⎣⎦2121212

2w t R R R e R R R R τ-+=++12Z o 2121R R u U u R R R R +=+++