模电课程设计——简易函数信号发生器

模拟电子技术课程设计报告
简易函数信号发生器
姓名：李**，马**
班级：**********
学号：**********
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日期：2016.12.28
简易信号发生器设计
摘要：
函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,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。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。

我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。

在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。

按照设计的方案选择具体的原件，焊接出具体的实物图，并在实验室对焊接好的实物图进行调试，观察效果并与课题要求的性能指标作对比。

最后分析出现误差的原因以及影响因素。

关键字：
方案确定、参数计算、调试、误差分析。

一．设计目的：
设计构成正弦波、三角波、方波函数信号发生器
二．函数发生器总方案：
函数发生器的总方案函数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发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101 全部采用晶体管)，
也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块 8038)。

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RC振荡电路的方式形成正弦波—方波—三角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，然后通过比较器，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或将方波变成正弦波等等。

本课题采用先产生正弦波—方波—三角波，再调整方波的占空比进而实现产生锯齿波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：
由比较器和积分器组成方波—三角波产转换电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到锯齿波的变换电路主要由调节占空比来完成。

三. 设计任务与实验原理
实际任务：
所选为题目2：函数信号发生器
输出正弦波、占空比可调的矩形波（含方波）、锯齿波（含三角波）。

实验原理：
（一）RC振荡电路——正弦波发生电路
（二）滞回比较器——正弦波—矩形波转换电路
滞回比较器特性如图，实验中希望通过改变U T阈值改变比较器对于正弦波的运算过程，进而改变矩形波的占空比。

因此我们在滞回比较器的接地端接入一个电压可调电压源，反馈支路加入了一个可调电阻的电位器，进而达到可调同名端电位的目的。

实际电路图设计如下：
（三）积分电路——矩形波—锯齿波转换电路
积分电路定义
输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。

积分电路原理
从图中可以看出，Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt
这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）
RC电路的积分条件：RC≥Tk
电路结构如图J-1，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。

电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

积分电路特点
1:积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波
2:积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中
3：积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲
宽度
4：积分电路输入和输出成积分关系
积分电路的设计方法与步骤
积分电路的设计可按以下几个步骤进行：
1．选择电路形式积分电路的形式可以根据实际要求来确
定。

若要进行两个信号的求和积分运算，应选择求和
积分电路。

若只要求对某个信号进行一般的波形变换，可
选用基本积分电路。

基本积分电路如图1
所示：
2．确定时间常数τ=RC
τ的大小决定了积分速度的快慢。

由于运算放大器的最大输出电压 Uomax为有限值（通
常 Uomax=±10V 左右），因此，若τ的值太小，则还未达到预定的积分时间 t 之前，运放已经
饱和，输出电压波形会严重失真。

所以τ的值必须满足：
当 ui为阶跃信号时，τ的值必须满足：
因此，当输入信号为正弦波时，τ的值不仅受运算放大器最大输出电压的限制，而且与输入信号的频率有关，对于一定幅度的正弦信号，频率越低τ的值应该越大。

3．选择电路元件
1）当时间常数τ=RC 确定后，就可以选择 R 和 C 的值，由于反相积分电路的输入电阻Ri=R，因此往往希望 R 的值大一些。

在 R 的值满足输入电阻要求的条件下，一般选择较大的C 值，而且 C 的值不能大于 1μF。

2）确定 RP
RP 为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流所产生的失调，一般取 RP=R。

3）确定 Rf
在实际电路中，通常在积分电容的两端并联一个电阻 Rf。

Rf 是积分漂移泄漏电阻，用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。

为了减小误差要求 Rf ≥ 10R。

4．选择运算放大器
为了减小运放参数对积分电路输出电压的影响，应选择：输入失调参数（UIO、IIO、IB）小，开环增益（Au o）和增益带宽积大，输入电阻高的集成运算放大器。

四.电路框图：
五.单元电路的计算
在习题中偶然见到改变U T的值，便设计了如是电路，通过叠加定理可算得
V=U*R p2/(R4+R p2) (+/-) U z*R4/(R4+R p2)
六.问题及解决：
实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。

这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。

然后采取措施加以改
进，使装置达到预定的技术指标。

因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。

调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。

1、调试前的检查
在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。

其检查内容包括：
*检查连线是否正确
检查的方法通常有两种方法：
（1）按照电路图检查安装的线路。

这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。

（2）按照实际线路来对照原理图电路进行查线。

这是一种以元件为中心进行查线的方法。

把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。

为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。

*检查元器件的安装情况
检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。

2 、调试方法与原则
（1）通电观察
把经过准确测量的电源接入电路。

观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。

（2）静态调试
交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。

一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。

因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。

静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。

（3）动态调试
调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。

发现故障应采取各种方法来排除。

通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。

七．电路与实验结果图
八. 误差分析：
a. 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;
b. 电流表内阻串入回路造成的误差;
c. 测得纹波电压时示波器造成的误差;
d. 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差;
九．实验心得：
实验箱的接触不良，示波器的故障都是磨练我们心智的一道道门槛，跨过去，就像从幽寂的冷夜投入曜阳的拥抱。

课程设计中的“命运多舛”从来都不曾组织我们的脚步，我们能做的就是迈向最终的清风与花香。

对我来讲，这就是一步，而在这一步中，我们收获良多良多：一个人做不到的，你还有队友；不懂的，你还有文献……这个世界上有太多困难，也有太多克服困难的方法，关键在于是否有前进的心。

十.参考文献：
童诗白模拟电子技术基础北京高等教育出版社,2006。

付扬电路与电子技术实验教程北京机械工业出版社。