简易函数信号发生器(南京师范大学课程设计报告)

14
13
11
LM324
SW3
-12
SW -SPDT-MOM
RV5
200k
45%
C5 0C.0115uF
0.001uF
图 3-3.2 有源反相积分电路
5
Baidu Nhomakorabea
4.隔离电路单元 方案 1：如图 3-4.1，因为在同相比例运算电路中，若将输出电压的全部反
馈到反向输入端，就构成了电压跟随器。理想运放的开环差模增益无穷大，而且 运放的输入阻抗一般都在兆欧量级，因而电压跟随器具有比射级输出器好得多的 跟随特性。
所有运放的电源都由直流稳压电源将 220V 交流电转化为±12V 的直流电源 供电。 三．方案论证
1.正弦信号发生电路 方案 1：如图 3-1.1，由 LC 正弦振荡电路产生正弦信号，其 LC 变压器式振
荡电路主要用来产生高频信号，其工作频率降低时，要求增大振荡回路的电感量 和电容量。大电感和大电容的体积大、笨重，因此 LC 振荡电路不适合用于低频， 一般在 1MHz 以上，课题要求产生 1kHz 和 10kHz 的电路，所以不采用此方案。
7
方案 3：如图 3-5.3，单相桥式整流电路，其使用的器件较多，但其实现了全 波整流电路，它将 U2 的负半周也利用起来了，并且具有变压器利用率高，输出 电压高，脉动小等优点，相比于方案 1 和方案 2，所以在此使用方案 3。
11
4
+12
U1:A
3 1
2
LM324
-12R1
10k
R2
10k
v0
L1
L2
C1
2.7nH
2.7nH
1nF
图 3-1.1 LC 正弦振荡电路
方案 2：如图 3-1.2，由 RC 串并联正弦振荡电路产生正弦信号，适用于低 频振荡,一般用于产生 1Hz～1MHz 的低频信号，便于加负反馈稳幅，容易的到良 好的振荡波形，相比于方案 1 和方案 2，所以采用此方案。
U1:A(+IP) U1:A(-IP)
+12
U1:A
4
3
1
v0
2
11
LM324
-12
图 3-2.1 单门限电压比较器
方案 2：如图 3-2.2，采用反相迟滞电压比较器将正弦信号转化为方波，电路 简单，比较器的输入电压在基准电压附近不敏感，虽然灵敏度低一点，但是抗干 扰能力强，相比于方案 1，所以采用此方案。
幅值检测电路
隔离电路
正弦信号发 生器
电压比较器
积分电路
直流稳压电源 图 2-1 结构框图
2
信号输 出端
根据图 2-1，由正弦信号发生器产生 1kHz 和 10kHz 的正弦波并由电位器路 转化为幅值为 2V 的正弦波，电压比较器将 RC 正弦信号发生器产生的信号转化为 方波，并由一个稳幅电路产生幅值为 2V 方波，积分电路再将方波转化为三角波 信号输出，经过电位器使产生的信号幅值能在 0～2V 之间连续变化，并由电压跟 随器提高以上信号的带负载能力，之后再经过幅值检测电路检测正弦信号的幅值。
Vi
R7
10k
Vo
C16
1nF
图 3-3.1 无源积分电路
方案 2：如图 3-3.2，有源反相积分电路，电路衰减小，频率范围宽，积分误差 较小，为限制电路的低频增益，减少失调电压的影响，一般在反馈电容并联一个 电阻，相比与方案 1，方案 2 更为可靠。
RV4
30k Vi
10%
+12
U1:D
4
12
Vo
二.设计原理概述.......................................................................................................................... 2 三．方案论证 ........................................................................................................................ 3
1.正弦信号发生电路.........................................................................................................3 2.电压比较器.............................................................................................................................. 4 3.积分电路................................................................................................................................. 5 4.隔离电路单元........................................................................................................................ 6 5.直流稳压电源........................................................................................................................ 7
+12
U2:A
4
vi
3 1
vo
2
11
LM324
R9
300
-12
图 3-4.1 电压跟随器
方案 2：如图 3-4.2，采用基本共集放大电路构成射级输出器，该电路有较 好的电压跟随特性。但是相比与方案 1，无论在性能上还是集成制作上，都显示 了其弱势。所以我们采用方案 1。
+12
C1
vi 1nF
R1
10k
R2(1)
+12
U1:B
4
R2
5
7
R6
6
1k
v0
10k
11
LM324
R5
20k
R3
D1
20k
1N4372A
-12
D2
1N4372A
图 3-2.2 反相迟滞电压比较器
4
3.积分电路 方案 1：如图 3-3.1，无源积分电路的衰减较大，频率范围较窄，积分误差大，
一般采用集成运放电路将信号放大再通过无源积分电路对其进行积分。
R1
10k
图 3-5.1 半波整流电路
方案 2：如图 3-5.2，单相全波整流电路，使用的整流器件是半波整流电路的 两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，变压器的利用率比半波的高，整流器 件所承受的反向电压要求较高。
TR1(P1)
TR1
D1
DIODE
TRAN-2P3S
D2
DIODE
图 3-5.2 全波整流电路
1.整流电路........................................................................................................................ 7 2.滤波电路........................................................................................................................ 8 6.幅值检测电路........................................................................................................................ 9 四． 电路参数计算....................................................................................................................10 1.正弦信号发生器................................................................................................................. 10 2.反相迟滞电压比较器........................................................................................................ 11 3.积分电路............................................................................................................................... 11 五．电路系统总图...................................................................................................................... 12 六．元件清单............................................................................................................................... 14 七．参考文献............................................................................................................................... 15
评审等级
南京师范大学
电气与自动化工程学院
课程设计报告
（2015—2016 学年第二学期）
题 目： 班 级： 姓 名： 专 业： 专业方向： 指导教师： 设计时间：
简易函数信号发生器
211401D
学 号：
刘事成
电气工程及其自动化
电气技术
陈余寿
2016 年 5 月 10 日
21140107
目录
一、设计任务与功能要求 ........................................................................................................2 1.功能要求 ................................................................................................................................2 2.条件 .................................................................................................................................2
R2
15k
C2
0.01uF
+12
R3
20k
U1:A
4
3 1
v0
2
11
LM324
R1
C1
15k
0.01uF
R4
10k
-12
图 3-1.2 RC 正弦串并联振荡器
3
2．电压比较器 方案 1：如图 3-2.1，采用单门限电压比较器将正弦信号转化为方波，虽然单
门限电压比较器有着电路简单，灵敏度高等特点，但其抗干扰能力很差，当有噪 声干扰时，信号会出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的，所以不采用此方 案。
1
简易函数信号发生器
一、设计任务与功能要求 1.功能要求
1. 产生相同频率的正弦波、方波和三角波。 2. 产生的信号能在 1kHz 和 10kHz 之间手动切换。 3. 三种信号由一个端口输出。 4. 300 欧姆的负载状态下保持输出电压 0～2V 连续可调。 5. 设计一个幅值检测电路，检测输出正弦信号幅值。 6. 设计发生器的直流稳压电源。 2.条件 1.整个函数信号发生器系统采用 220V 单相交流电。 2.函数信号发生器所用集成运放不得超过 6 个。 二.设计原理概述
Q1
BCW71
C2
1nF
R2
10k
vo
R3
300
图 3-4.2 射级输出器
6
5.直流稳压电源 1.整流电路
方案 1:如图 3-5.1，单相半波整流电路，电路简单，使用的元器件少，它只对 交流电的一半波形进行整流，则其整流效率不高，其输出波形脉动大，直流成分 小，变压器使用效率不高。
D1(A)
D1
vo DIODE