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1、课程设计方波信号发生器设计 1 目录 一、概述 . . 2 二、技术性能指标 . . 2 2.1 设计内容及技术要求 2 2.2 设计目的 3 2.3 设计要求 3 三、方案的选择 . . 3 3.1 方案一 4 3.2 方案二 5 3.3 最终方案 6 四、单元电路设计 . . 6 4.1 矩形波产生电路 6 4.2 三角波产生电路 9 4.3 正弦波产生电路 . 11 五、总电路图 . 13 六、波形仿真结果 . 13 6.1 矩形波仿真结果 . 13 6.2 三角波仿真结果 . 14 6.3 正弦波仿真结果 . 15 6.4 三种波形同时仿真结果. 15 七、PCB版制作与调试 . 16
2、 结论 . 17 总结与体会 . 18 致谢 . 18 附录 1 元件清单 19 附录 2 参考文献 20 课程设计方波信号发生器设计 2 函数信号发生器设计报告 一、概述 信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中 有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。 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。例如在通信、广播、电视系统 中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频 (低频) 、视频信号或脉冲信号运载出去, 就需要能够产生高频的 振荡器。在工业
3、、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热、 熔炼、淬火、超声诊断、 核磁共振成像等,都需要功率或大或小、 频率或高或低的振荡器。 二、技术性能指标 2.1 设计内容及技术要求 设计并制作一个信号发生器,具体要求如下: 1、能够输出正弦波、方波、三角波; 2、输出信号频率范围为110Hz ,10100Hz ; 3、输出信号幅值: 方波 Up-p=24V ,三角波 Up-p=020V,正弦 波 U1V ; 4、波形特征:方波TrRRo 的关系选择 R的值,为了计算方便, 初选 R=159.2k,则 C=100nF 1uF,我们采用双层波段开关两 课程设计方波信号发生器设计 12 组两支容值相差10
4、倍的电容,则 C4=C5=1uF ,C8=C9=100nF 。 为了实现仿真,根据运算放大器的技术参数,并且结合经济 性,运算放大器为 uA741 。为了防止由于电路故障输出电压过大, 在输出端并联接入两个串联的反向稳压管,且稳压管的稳定电压 高于正弦波输出的最大幅值6V,故选用稳压值为 10V的稳压管 10BQ015 。由于稳压管正常工作时需要串联一个分压电阻,故在输 出端串联入一个1K的电阻。 正弦波产生电路如图8。 图 8 正弦波产生电路 为了保证电路的输出信号频率能达到要求,选择 R=15.92k 的固定电阻和 Rw=143.28k的滑动电阻的组合来达到调整输出 信号的频率。输出时,为
5、了防止电路由于故障输出电压太大导致 负载不可逆转的损坏,在输出端并联接入了一对反向的稳压管, 且稳压管的稳定电压大于输出正弦波的最大值。以滑动变阻器的 可滑动端作为输出端,使输出电压稳定可调。 课程设计方波信号发生器设计 13 五、总电路图 图 9 函数信号发生器总电路图 六、波形仿真结果 6.1 矩形波仿真结果 图 10 矩形波仿真图 课程设计方波信号发生器设计 14 图 11 矩形波失真(转换时间) 由图知,矩形波转换时间为t=98.295ns 。 6.2 三角波仿真结果 图 12 三角波产生图 课程设计方波信号发生器设计 15 6.3 正弦波仿真结果 图 13 正弦波仿真图 6.4 三种
6、波形同时仿真结果 图 14 三种波形仿真图 课程设计方波信号发生器设计 16 七、 PCB 版制作与调试 1、PCB设计。 PCB 板的制作是运用Protel 软件来绘制,利 用 Protel制板的基本流程: 准备原理图, 设置 PCB设计环境, 载 入网络表,并纠正网络表的宏错误,布线规则设置,布线,PCB 的优化, DTC检查,保存文件与输出。 准备原理图:根椐所画的电路图,在元件库中查找到所要求 的元件符号, 在 Protel中绘制出原理图, 在选择元件的时候特别 要注意元件的封装是否符合所需的封装要求。布线设置主要设置 线宽为 10mil 、孔大小为 30mil ,采用顶层、底层双层布
7、线,其他 为默认设置。 布线采用双面板布线。布线原则:逻辑清晰、接线牢固、测 试方便、美观大方。 PCB的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路 径。焊盘一般采用圆框直径为6mm ,孔直径大小为 3mm 。 DTC检查的主要任务是对先前的设计规则进行检查, 查看是 否有违反规则的地方 , 如实际线宽是否比规则设置中的最大值还 大或小 , 是否还存在没有彻底布通的网络等。 保存文件与输出是保存设计中的各种文件,并打印输出,包 括 PCB 文档、元件清单等。设计工作结束。打印时可以把孔打印 成实心,可以自己控制孔的大小方便打孔。 2、热转印,通过打印机 PCB图打印到热转印上, 然后选择大
8、 小合适的铜板,将铜板表面打磨干净之后,用带有PCB图的那一 面同铜板贴紧,经过热转印机,温度约120度,转印三次,即把 热转印纸上的 PCB图转印到铜板上。 课程设计方波信号发生器设计 17 3、腐蚀,腐蚀这一过程是电路板成功的关键,将腐蚀液倒入 腐蚀机加热至 75 度后,将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行腐 蚀,腐蚀时间约一分钟即可。拿出洗净后如果没有发现断线、短 路等情况即可。 4、焊接元件,根据原理图, 在 PCB板上焊接元件。焊接时要 特别注意不要出现虚焊、短路等,元件的正负极反接、错接。 图 15 PCB 板正面 图 16 PCB 板反面 结论 此 电 路 能 够 同 时 产 生 较
9、 好 的 正 弦 波 和 矩 形 波 和 三 角 波 , 而 三 种 波 都 可 调 频 率 , 矩 形 波 、 三 角 波 和 正 弦 波 的 课程设计方波信号发生器设计 18 频 率 分 别 可 调 且 不 相 互 影 响 , 但 是 矩 形 波 和 三 角 波 的 频 率 时 刻 相 同 , 不 可 分 开 来 调 节 。 在 选 择 方 案 时 , 也 有 更 简 单 的 方 案 , 但 是 考 虑 到 仿 真 结 果 和 实 际 器 件 时 剔 除 了 , 最 后 器 件 的 选 择 是 根 据 最 简 原 则 和 从 经 济 性 方 面 考 虑 的 , 并 且 此 电 路 实 现
10、了 这 次 设 计 的 最 终 目 的 。 但 是 如 果 用 于 实 际 , 部 分 器 件 应 该 根 据 实 际 情 况 加 以 改 变 。 总结与体会 经 过 三 周 的 课 设 , 终 于 达 到 了 此 次 课 设 的 目 的 , 成 功 的 做 出 了 函 数 信 号 信 号 发 生 器 。 虽 说 过 程 有 点 曲 折 , 有 点 累 , 但 是 最 后 得 到 了 理 想 的 结 果 , 心 里 还 是 很 高 兴 的 。 此 次 课 程 设 计 设 需 要 有 最 终 方 案 的 选 择 , 自 己 通 过 比 较 , 仿 真 软 件 的 仿 真 最 终 选 择 了 最
11、优 的 方 案 , 经 过 小 组 成 员 的 努 力 , 不 断 地 查 阅 资 料 , 终 于 做 出 了 满 意 的 方 案 , 这 很 好 的 锻 炼 了 我 们 的 自 学 能 力 。 并 且 在 PCB制 板 和 仿 真 过 程 中 , 也 遇 到 了 各 种 各 样 的 问 题 , 但 是 经 过 仔 细 的 分 析 电 路 , 同 时 与 同 学 讨 论 , 经 过 各 种 调 试 , 得 出 了 最 终 仿 真 结 果 。 使 自 己 的 理 论 知 识 和 动 手 能 力 都 有 了 很 大 的 提 高 。 致谢 经 过 三 周 的 课 设 , 使 我 们 认 识 到 ,
12、书 本 上 的 知 识 往 往 和 实 际 不 一 样 , 只 有 经 过 自 己 亲 自 动 手 , 才 能 最 终 的 理 解 理 论 知 识 。 在 此 , 首 先 感 谢 学 校 给 我 们 这 个 机 会 , 课程设计方波信号发生器设计 19 还 有 就 是 感 谢 电 子 信 息 工 程 系 所 有 指 导 老 师 , 最 后 感 谢 冉 小 英 指 导 老 师 , 是 她 让 我 们 的 设 计 方 案 由 不 完 整 到 完 整 , 直 到 最 后 的 成 功 。 附录 1 元件清单 表一 元件清单 元器件型号数量 芯片uA741 3 二极管1n4001 2 稳压管1N4742
13、A 2 稳压管1N4740A 2 稳压管10BQ015 2 电解电容470uF 2 瓷片电容10uF 1 瓷片电容1uF 3 瓷片电容100nF 2 电阻20k 1 电阻16k 1 电阻15.92k 2 电阻15k 1 电阻10k 5 电阻1k 2 同轴电位器143.28k 2 电位器100k 3 电位器50k 1 电位器2k 1 双刀双掷开关1 单刀三掷开关1 直流电源+13V 1 直流电源-13V 1 课程设计方波信号发生器设计 20 附录 2 参考文献 1 康华光主编 . 电子技术基础(模拟部分)第五版M. 北京:高等教育出 版社 .2006.1. 2 康华光主编 . 电子技术基础(数字部分)第五版M. 北京:高等教育出 版社 .2006.1. 3 邱关源原著 . 电路第四版 . 北京 : 高等教育出版社M.2006. 4 吴运昌主编 . 模拟集成电路原理与应用M. 华南理工大学出版社.1995 5张庆双主编 . 实用电子电路200 例 M.北京:机械工业出版社, 2003.4 6 童诗白、华成英主编. 模拟电子技术基础(第四版). 北京教育出版社 2011.11 7王力、张伟编著.Protel 99SE典型实例 . 人民邮电出版社.2006.12 8 罗杰、谢自美主编 . 电子线路设计实验测试 (第 4 版).2008.4
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