课题一：正弦信号产生电路的设计与制作

南京师范大学
电气与自动化工程学院
课程设计报告
（2018—2019学年第二学期）
题目：正弦信号产生电路的设计与制作学号：181802008
姓名：刘事成
指导教师：陈余寿
专业：电气工程及其自动化
设计时间： 2019年4月16日
目录
一、设计任务与功能要求 (1)
1.任务 (1)
2.要求 (1)
二.设计原理概述 (1)
三．方案论证 (1)
1.正弦波发生器 (1)
2.调压单元 (2)
3.功率放大器 (3)
四．电路参数计算 (5)
1.正弦信号振荡电路 (5)
2.调压电路 (5)
五．电路系统总图 (6)
六．元件清单 (6)
七．测试结果 (7)
1．测试结果对比 (7)
2.误差分析 (7)
八．参考文献 (7)
课题一：正弦信号产生电路的设计与制作
一、设计任务与功能要求
1.任务
选择合适的集成运放设计、制作一个正弦信号产生电路。

2.要求
1. 正弦信号产生电路输出正弦信号V o的频率f0 =1kHz、幅值V P=2V~8V连续可调；要求电路在带负载R L=100Ω状态下工作稳定；
2. 仿真电路，给出仿真结果；
3. 焊接、制作所设计电路；
4. 调试、测试电路，记录输出波形V o，测量其最大不失真输出信号幅值；
5. 撰写完整报告（含理论设计和实践制作两部分）。

二.设计原理概述
图2-1 总设计结构框图
如图2-1所示，由正弦波发生电路产生1kHz的正弦波并由调压单元转化为幅值为2V~8V连续可调的正弦波，由功率放大器提高信号的带负载能力。

所有运放和三极管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.正弦波发生器
方案1：如图3-1.1所示，LC变压器式正弦振荡电路。

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，并且会产生高次谐波。

图3-1.1 LC变压器式正弦振荡电路
方案2：如图3-1.2所示，RC串并联正弦振荡电路（文氏桥振荡电路）。

由其产生正弦信号，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。

图3-1.2 RC正弦串并联振荡器
2.调压单元
方案1：如图3-2.1所示，采用电位器分压加电压跟随器的方式调压。

此结构电路简单，又因为后接了电压跟随器，其特点是输入阻抗非常大，输出阻抗非常小，可以提高电路的带负载能力。

图3-2.1 电位器后接电压跟随器
方案2：如图3-2.2所示，反向比例运算电路。

用其作为调压电路会使输出波形产生180度的相位变化，并且后面也要接电压跟随电路。

比较两个方案，方案一电路结构简单，使总电路使用的运放少，所以采用方案一。

图3-2.2 反向比例运算电路
3.功率放大器
方案1：如图3-3.1，采用乙类双电源互补对称功率放大电路，该电路管耗小，有利于提高效率，并且解决了普通乙类功率放大器件的半个波形被削掉的失真问题。

但是由于没有直流偏执，功率管的i B必须在V BE大于某一个数值时才有显著变化。

当输入信号低于这个数值时，负载上则无电流通过，出现一段死区，这种现象成为交越失真。

图3-3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路
方案2：如图3.3-2所示，利用甲乙类互补对称功率放大电路中的两个二极管D1、D2上产生的压降为三极管提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态，从而克服交越失真。

所以，本设计采用方案2。

图3.3-2 甲乙类互补对称功率放大电路
方案3：采用功率输出型集成运放，采用此方案可以与调压单元结合，在调压单元中的电压跟随器采用功率输出型集成运放，可以进一步减少电路所使用的元器件数量，从而简化电路。

经对比采用方案三。

四．电路参数计算
1.正弦信号振荡电路
图4-1 1kHz正弦信号振荡电路
跟据图4-1，正弦信号发生器产生的正弦信号的频率ƒ=1
2πRC
,产生1kHz的正弦信号时我们选用0.01uF的电容，电阻选用16千欧（15千欧加1千欧）的电阻。

微弱的噪声信号经过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度越来越大，最后受电路中非线性元件的限制（这里使用电位器进行调整），使振荡幅度自动地稳
定下来，开始时，A v=1+RV1/R3略大于3，达到稳定平衡状态时，A v=3,所以使R
3
为1千欧，RV1使用5千欧的电位器，开始起振时，使电位器略大于2千欧，然后使电位器为2千欧，从而达到稳定平衡状态。

2.调压电路
图4-2 调压电路
若考虑集成运放的损耗，则正弦波产生器产生的正弦波幅值约为10V,为了使幅值在2V-8V之间连续可调，跟据图4-2，R5为2千欧，R4为2千欧，RV2为6千欧的电位器，当电位器从0调至6千欧时，输出波形的幅值便可以从2V到8V 连续可调。

五．电路系统总图
图5-1 系统总图六．元件清单
表6-1
七．测试结果
1．测试结果对比
表7-1 幅值理论值与测试值对比表
表7-2 频率理论值与测试值对比表
图7-1.1 2V测试图图7-1.2 8V测试图
图7-1.3 实际电路图
2.误差分析
由于实际焊接电路所采用的电阻误差为5%,从测试结果中可以看出误差在
可接受范围内，所以本设计的测试结果与理论设计值相符。

八．参考文献
1、康华光;电子技术基础模拟部分;华中科技大学电子技术课程组编;第六版; 北京;高等教育出版社;2013.12
2、赵建华雷志勇;电子技术课程设计;北京;中国电力出版社;2012.2。