课程设计报告函数信号发生器设计.doc

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1、湖南科技大学潇湘学院信息与电气工程系电子技术课程设计报告题 目： 函数信号发生器设计 专 业： 通信工程 班 级： 一班 姓 名： 赵姣睿 学 号： 1354040116 指导教师： 唐志军 电子技术课程设计评阅书题目函数信号发生器设计姓名赵姣睿专业班级通信工程一班学号1354040116指导教师评语：成绩评定为： 指导教师（签字）： 年 月 日信息与电气工程学院课程设计任务书2014-2015学年第 2学期专业： 通信工程 学号： 1354040116 姓名： 赵姣睿 课程设计名称： 电子技术课程设计 设计题目： 函数信号发生器设计 完成期限：自 2015 年 6 月 15 日至 2015

2、年 6 月 26 日共 2 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：函数信号发生器是指能够自动产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和梯形波等信号电压波形的电路或仪器。本设计采用集成运算放大器和晶体管差分放大器共同组成方波、三角和正弦波函数发生器，通过虚拟仿真软件进行仿真调试并采用Protel软件绘出硬件电路图和PCB版图。设计要求：(1) 设计一个方波、三角和正弦波函数发生器电路；(2) 频率范围：1-10Hz，10-100 Hz；(3) 输出电压：方波Up-p24V；三角波Up-p8V；正弦波1V；(4) 添加其它功能（可选）(5) 电路仿真与调试；(6) 采用Protel/Altium De

3、signer软件绘制PCB版图。指导教师（签字）： 批准日期： 年 月 日摘 要函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如方波、三角波、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备监测站具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出方波、三角波、正弦波的函数波形发生器。本课题采用集成运算放大器制作方波三角波正弦波函数发生器的设计方法，经过Multisim仿真得出了方波、三角波、正弦波的波形图，并通过Altium Designer软件，设计出了原理图并绘制PCB版图关键词：函数信号发生器；集成运算放大器；仿真目 录摘 要41、绪论61.1 相关背景知识61.2 课程

4、设计条件61.3 课程设计目的61.4 课程设计任务62、设计的具体实现72.1 系统概述72.2 单元电路设计与分析7 2.2.1 正弦波产生电路7 2.2.2 方波产生电路8 2.2.3 三角波产生电路103、总原理图及元器件清单113.1 总原理图113.2 元器件清单124、Altium Designer制图及PCB版图的制作134.1 Altium Designer13.0制图134.2 PCB版图145、 误差分析与总结155.1 误差分析155.2 改进该实验，减少实验误差的方法156、参考文献15方波三角波正弦波函数信号发生器1、绪论1.1 相关背景知识 函数发生器一般是指能自

5、动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。1.2 课程设计条件 仿真软件Multisim，Altium Designer软件 参考电子技术基础模拟部分（第五版）相关知识1.3 课程设计目的 掌握简易信号发生器的设计、组装与调试方法； 能熟练使用Multisim电路仿真软件对电路进行设计仿真调

6、试； 加深对模拟电子技术相关知识的理解及应用。1.4 课程设计任务 (1) 设计一个方波、三角和正弦波函数发生器电路； (2) 频率范围：1-10Hz，10-100 Hz； (3) 输出电压：方波Up-p24V；三角波Up-p8V；正弦波1V； (4) 添加其它功能（可选） (5) 电路仿真与调试； (6) 采用Protel/Altium Designer软件绘制PCB版图。2、设计的具体实现2.1 系统概述 本信号发生器主要由RC桥式震荡器，滞回比较器，积分器三大主要电路模块构成。 经过RC桥式震荡电路产生正弦波，再经过滞回比较电路产生方波，最后经过积分电路产生三角波。其总的设计原理框图如图

7、1-1： 图1-1系统总体框图2.2 单元电路设计与分析 2.2.1 正弦波产生电路利用RC桥式震荡电路产生正弦波，原理如图1-2所示，其中的RC串并联支路构成正反馈支路，同时兼并选频网络，R2，R5，以及二极管构成负反馈支路并且稳幅。图1-2正弦波发生电路原理 调节电位器R2，可以改变负反馈深度，以便于满足震荡的振幅条件和改变波形。在电位器支路串联两个并联的二极管，利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定，两个二极管特性必须匹配，否则将会出现波形正负半周不对称。 电路震荡频率计算公式: f=1/(2RC） 振幅值条件：R2R 正

8、弦波仿真电路如图1-3所示： 图1-3正弦波仿真电路图 2.2.2 方波产生电路 在单限比较器，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，单限比较器虽然灵敏，但是抗干扰能力比较弱，滞回比较器具有滞回特性，既具有惯性，因而具有一定的抗干扰能力，所以我们在此选择滞回比较器产生方波。其电路原理图如图1-5。当输入为正弦波时，产生的是方波，其中稳压管的作用是限幅。其仿真电路图如图1-6。方波的幅值为：U=U图1-5方波产生电路图1-6方波仿真图 2.2.3 三角波产生电路利用积分产生三角波，其原理如图1-8所示。 图1-8三角波发生原理图图1-9三角波仿真图3、总原理图及元器件清单

9、3.1 总原理图如图1-6所示图1-6 总原理图3.2 元器件清单序号元件名称型号数量备注1运算放大器LM32432瓷片电容0.01uF23瓷片电容1uF1无极性4双向二极管1N47352二极管1N414825色环电阻1/4W 1k16微调电阻3k17色环电阻1/4W 10k68色环电阻1/4W 52.3k24、Altium Designer制图及PCB版图的制作4.1 Altium Designer13.0制图 利用Altium Designer13.0制图软件进行制图。打开Altium Designer13.0制图软件，创建一个项目：PCB项目，然后在这个PCB项目里创建一个原理图和一个P

10、CB文件。在原理图上，从软件的元件库里调出所需元件，按电路图接好线，可得如图1-7所示的正弦波、三角波、方波原理图。图1-7 正弦波、三角波、方波原理图4.2 PCB版图将Altium Designer13.0制图软件中的PCB原理图编译，布线。点击软件菜单栏中“工程”按钮，然后点击其下的“complime PCB Project”按钮，就将PCB原理图编译，布线到创建的PCB文件上，如图1-8所示的PCB布线图。5、 误差分析与总结5.1 误差分析参数设计不够精确所选可调电阻的调节范围略大调试没能很精确，产生的波形还有细微的失真现象选用的实验元件存在系统偏差5.2 改进该实验，减少实验误差的方法 选取精确度较高的实验器件，在选择可变电阻时要考虑到其要调节的范围，尽可能的选用与要用最大限度接近的可调电阻，在振荡电路中可调电阻最好用双滑式可调电阻。在调试过程中要尽可能的把波形调节到不失真，调节频率时用同轴电位器，这样不仅避免了调节困难，还能使调节的精确度更高。6、参考文献(1) 童诗白.华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2006.5 (2) 谢礼莹.模拟电路实验技术.重庆大学出版社.2012.2(3) 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社.2007(4) 杨欣.莱.诺克斯.王玉凤.刘湘黔.电子设计从零开始第2版.清华大学出版社.201015