周晓艺1-信号发生器的设计
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信号发生器的设计
摘要
本设计以用集成运放LM324和74HC04设计并制作一简易函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～30KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制
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输出幅度、频率可调的方波、矩形波、正弦波简易发生器。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。
关键字：LM324， 74HC04，方案确定、参数计算、调试、。
目录
1 方案比较与选择（须详细阐述创新点或新见解）
2 电路仿真与分析
2.1 电路仿真
2.2 电路分析
3调制结果和制板
4电路板制作、焊接、调试
4.1 电路板制作
4.2 电路板焊接
4.3 电路板调试
5讨论及进一步研究建议
1．方案比较与选择
本次课程设计我们运用的方案如下（即方案一）：
用方波发生器产生方波和矩形波，通过二阶有源低通滤波器将方波分压滤波产生正弦波。最后用电压放大器，实现幅值可调。
性能和可行性评价：能实现频率、幅值、占空比可调，且结构简单，容易进行PCB排版，需要的器件少。
选择理由：1）为了保证设计的成功率，2）减少设计成本，3）稳定性高。
电路原理图：
仿真结果：输出方波波形：
输出矩形波：（占空比为70%）输出正弦波：
各组成部分分析：
（1）模拟比较器：
（2）作用：输出Vpp=18V（正负9V）左右的方波信号
（2）二阶有源低通滤波器（LPF）
低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图9－2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。
图9－2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图(b)频率特性图9－2 二阶低通滤波器
电路性能参数
二阶低通滤波器的通带增益
截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。二阶低通滤波器仿真图：
幅频响应曲线
相频响应曲线
其他比较方案：
方案二：
用三角波和方波发生器产生方波和三角，经过电压跟随器，二阶有源低通滤波器，将三角波变换成正弦波。最后是电压放大器，实现幅值可调。
性能介绍：能实现频率、幅度可调，占空比可调，可产生方波，矩形波，三角波，正弦波。但是结构复杂，波形稳定性比较差。
电路原理图：
仿真结果：方波输出
三角波输出
正弦波输出
矩形波输出（占空比约为70%）
锯齿波输出（上升时间约占70%）
（1）三角波和方波发生器
如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图11－3 所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图11－4为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。
图11-3 三角波、方波发生器
电路振荡频率
方波幅值
三角波幅值
调节RW可以改变振荡频率，改变比值可调节三角波的幅值。
图11－4 方波、三角波发生器输出波形图
（2）二阶有源低通滤波器（LPF）
低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图9－2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。
图9－2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图(b)频率特性
图9－2 二阶低通滤波器
电路性能参数
二阶低通滤波器的通带增益
截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
二阶低通滤波器仿真图：
幅频响应曲线
相频响应曲线
方案三：用单片集成函数发生器5G8038
分析比较：
方案一能实现频率、幅值、占空比可调，且结构简单，需要的器件少。方案二能实现频率可调，占空比可调，但是结构复杂，波形稳定性比较差。方案三用到的是集成电路，外围电路比较简单，输出波形准确稳定。但为了锻炼动手实践能力，最好不要用集成电路。
比较讨论结果：方案一主要用的是二极管、电阻、运放等电器原件，结构设计简单而且排版比较容易。为了提高设计成功率和节省材料，我们一致决定运用第一钟方案。
2.电路仿真与分析
2.1电路仿真步骤：
（1）画好方案一的电路图后，点击Pspice\New Simulation Profile功能选项，打开New Simulation对话框，在Name栏输入仿真参数文件的名称sdff，再单击Create按钮，将会出现Simulation Setting－sdff对话框。
（2）在Analysis页的Analysis type栏内选择time domain选项来设置静态分析。接着把run-to设为10ms,起始时间为0，确定后退出。
（3）在VO2，VO3处加上电压探针，单击Pspice\Run执行仿真，这时，Probe 窗口就显示出曲线或波形。
2.2电路仿真结果
仿真结果：输出方波波形：