低频正弦信号发生器 (1) (1)

《电子技术》课程设计报告

题目低频正弦信号发生器

学院（部）电子与控制工程学院

专业建筑电气与智能化

班级2013320602

学生姓名吴会从

学号************

6 月29 日至

7 月10 日共2 周

指导教师（签字）

前言

正弦交流信号是一种应用极为广泛的信号，它通常作为标准信号，用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的正弦信号检测一些物理量，正弦信号用作标准信号时，要求正弦信号必须有较高的精度，稳定度及低的失真率。

本次电子课程设计的低频正弦信号发生器的要求为：信号的频率范围为20HZ～20KHZ;输出电压幅度为 5V；输出信号频率数字显示；输出电压幅度显示。

针对以上设计要求，我们从图书馆收集，借阅了大量相关书籍，从网上下载了诸多相关资料，其次安装并学习使用了电路设计中所常使用的Multisim仿真软件。在设计的要求下，画出了整体电路的框图，将其分为正弦信号发生器，输出信号频率和其数字显示，输出电压和幅度数字显示三大部分。其中，正弦信号发生器部分主要由我负责，输出信号频率和其数字显示部分主要由刘琪负责，输出电压和幅度数字显示部分主要由李光辉负责。其次我们对每个单元电路进行设计分析，对其工作原理进行介绍，通过对电路分析,确定了元器件的参数,并利用Multisim 软件仿真电路的理想输出结果,克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题,使得设计的低频信号发生器结构简单,实现方便。

完成电路的设计与分析后，对资料与设计电路进行整理，排版，完成课程设计报告。

目录

摘要 (4)

关键字 (4)

技术要求 (4)

第一章系统概述 (5)

第二章单元电路设计 (6)

第一节正弦信号产生和放大电路模块设计 (6)

第二节数字的频率显示 (10)

第三节数字电压表设计 (17)

第三章结束语 (23)

参考文献 (23)

鸣谢 (23)

元器件明细表 (24)

收获与体会，存在的问题 (24)

评语 (26)

低频正弦信号发生器

摘要

正弦信号发生器是信号中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号在这些信号发生器中，又以低频正弦信号发生器最为常用，在科学研究及生产实践中均有着广泛应用。本设计采用RC选频率网络构成的振荡电路产生所需正弦波。RC振荡电路适用于低频振荡，结构简单,经济方便，一般用于产生1Hz-1MHz的低频信号。本文用于输出正弦波工作状态，正弦波产生后通过同相比例放大电路对信号进行放大，从而满足设计要求；频率的数字显示主要由555定时器构成的放大整形电路，时基电路构成，最终由十进制加法器74LS160，锁存器74LS373，译码器74LS48使数码管显示频率；电压数字显示主要由芯片MC14433,MC1413,MC4511和MC1403构成。

关键词

信号发生器低频正弦信号放大电路电路仿真电压显示频率显示

技术要求

1.信号频率范围20HZ～20kHZ；

2.输出信号电压幅度 5；

3.输出信号频率数字显示；

4.输出电压幅度数字显示。

第一章 系统概述

根据任务书的要求，系统可分为三大部分，即正弦信号的产生；输出频率的范围和其显示；输出电压的幅度和显示，我们采用RC 选频率网络构成的振荡电路产生正弦信号，信号产生后再通过同相比例运算放大器来满足输出电压的幅度要求，然后通过555定时器组成的多谐振荡器，对其放大整形和控制，最终通过十进制加法器74LS160，锁存器74LS373，译码器74LS48使数码管显示频率，由于本学期刚学过555定时器，74LS160,74L48等芯片，设计过程中易于理解和操作，其次是电压的显示，我们采用集成电路MC14433,MC1413,MC4511和MC1403设计成数字电压表，实现对电压的显示。其中MC14433的作用是将输入的模拟信号转换成数字信号，MC1403为MC14433提供精密电压，供MC14433A/D 转换器作参考电压，MC4511的功能是将二-十进制转换成七段信号，MC1413的作用为驱动显示器的 a,b,c,d,e,f,g 七个发光段，驱动数码管进行显示，数码管只将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A/D 转换结果，该模块集成度高，外围电路简单，便于实现。 以下为电路的系统框图：

1.1

第二章单元电路设计

第一节：正弦信号产生和放大电路模块设计

1.正弦波发生器

正弦波发生器是本设计的核心部分，以下介绍四种方案：

方案一：采用传统的直接频率合成法直接合成。利用混频器，倍频器，分频器和带通滤波器完成对频率的算术运算。但由于采用大量的倍频，分频，混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂，体积庞大，成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

方案二：采用锁相环间接频率合成（PLL）。虽然具有工作频率高，宽带，频谱质量好的优点，但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。另外，由模拟方法合成的正弦波的参数（如幅度，频率和相位等）都很难控制，而且要实现大范围的频率变化相当困难，不易实现。

方案三：用函数产生芯片直接产生所需信号。采用MAX038函数产生芯片，通过设置管脚参数的输入，可设计组成产生幅频精度很高且易于调整的波形信号，该波失真度很小，而且可实现的频率范围很大，在电路参数要求苛刻的工作场所能够得到较好的应用，用该芯片设计组成的信号产生电路集成度高，而且简单，容易控制。

方案四：采用RC选频率网络构成的振荡电路产生所需正弦波。RC振荡电路适用于低频振荡，结构简单,经济方便，一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。

由以上分析可知，方案一和方案二不易实现，方案三虽然可行，但MAX038已经停产，所以我们选择第四种方案中的RC选频率网络构成的振荡电路来实现所需正弦波。

2.RC桥式振荡电路及工作原理

图2.1.1为RC串并联正弦波振荡电路，其放大电路为同相比例运算放大器，反馈网络和选频网络由RC串并联网络组成。