函數(shù)信號發(fā)生器課程設(shè)計報告

1、 漳州師范學院漳州師范學院 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 函數(shù)信號發(fā)生器 姓 名： 學 號： 系 別： 專 業(yè)： 年 級： 指導教師： 2012 年 4 月 3 日 函數(shù)信號發(fā)生器 摘要摘要 利用集成電路 lm324 設(shè)計并實現(xiàn)所需技術(shù)參數(shù)的各種波形發(fā)生電 路。根據(jù)電壓比較器可以產(chǎn)生方波，方波再繼續(xù)經(jīng)過基本積分電路可產(chǎn) 生三角波，三角波經(jīng)過低通濾波可以產(chǎn)生正弦波。經(jīng)測試，所設(shè)計波形發(fā)生電 路產(chǎn)生的波形與要求大致相符。 關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器；集成運放；rc 充放電回路；滯回比較器；積分電路 目錄目錄 中文摘要中文摘要.1 1.1.系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計.4 1.1 設(shè)計指標.4 1.2 方案論證與比較.4 2.

2、2.單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計.5 2.1 方波的設(shè)計.5 2.2 三角波的設(shè)計.8 2.3 正弦波的設(shè)計.10 3 3參數(shù)選擇參數(shù)選擇.11 3.1 方波電路的元件參數(shù)選擇.11 4.4.系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試.11 4.1 正弦波波形測試.11 4.2 方波波形測試.12 4.3 三角波波形測試.12 5 5結(jié)果分析結(jié)果分析.12 6 6工作總結(jié)工作總結(jié).12 7 7參考文獻參考文獻.13 8 8附錄附錄.13 1.1.系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 1.11.1 設(shè)計指標設(shè)計指標 1.1.11.1.1 電源電源特性參數(shù)特性參數(shù) 輸入：雙電源12v 輸出：正弦波1v，方波12 v，三角波5v，幅度連續(xù)可調(diào)，線

3、pp v pp v pp v 性失真小。 1.1.21.1.2 工作頻率工作頻率 工作頻率范圍：10 hz100hz ,100 hz1000hz 1.21.2 方案論證與比較方案論證與比較 1.2.11.2.1 方案方案 1 1：采用集成運放電路設(shè)計方案產(chǎn)生要求的波形：采用集成運放電路設(shè)計方案產(chǎn)生要求的波形 主要是應用集成運放 lm324，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 4 個集成運放所組成的,通 過 rc 文氏電橋可產(chǎn)生正弦波，通過滯回比較器能調(diào)出方波,并再次通過積分電 路就可以調(diào)試出三角波，此電路方案能實現(xiàn)基本要求和擴展總分的功能，電路 較簡單，調(diào)試方便，是一個優(yōu)秀的可實現(xiàn)的方案。 1.2.21.2

4、.2 方案方案 2 2：采用集成運放電路設(shè)計方案產(chǎn)生要求的波形：采用集成運放電路設(shè)計方案產(chǎn)生要求的波形 主要是應用集成運放 lm324,其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 4 個集成運放所組成的, 通過電壓比較器可以形成方波,方波經(jīng)過積分之后可以形成三角波,三角波再經(jīng) 過低通濾波可以形成正弦波,此電路方案能實現(xiàn)基本要求和擴展總分的功能,電 路較簡單,調(diào)試方便,相比第一方案,其操作成功率較低. 2.2.單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計 2.12.1 方波的設(shè)計方波的設(shè)計 2.1.12.1.1 原理圖原理圖 r2 1.3k r3 0.5k +12 -12 d1 znr d2 znr 3 2 1 411 u1 lm324

5、a 2.1.22.1.2 工作原理工作原理 矩形波發(fā)生電壓只有兩種狀態(tài),不是高電平 ,就是低電平 ,所 以電壓比較器是它的重要成分;因為產(chǎn)生振蕩 ,就是要求輸出 的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換,所以電路中必須引入反饋,因為 輸出狀態(tài)應按一定時間間隔交替變化,即產(chǎn)生周期性變化 , 所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間. 圖所示的矩形波放生電路,它由反相輸入的滯回比較器和 rc 電路組成 .rc 回路既作為延遲環(huán)節(jié),又作為反饋網(wǎng)絡(luò) ,通 過 rc 充放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換. 設(shè)某一時刻輸出電壓uo=+uz,則同相輸入端電位 up=+ut。uo 通過 r3 對電容 c 正向充電，反相輸入端電

6、位 隨時間 t 增長而逐漸升高，當t 趨近于無窮時， un 趨于 +uz；但是，一旦un=+ut,再稍增大， uo 就從 +uz 躍變?yōu)?uz，與此同時 up 從+ut 躍變?yōu)?ut。隨后， uo 又通過 r3 對電容 c 反向充電，或者說放電。反相輸入端電位un 隨時間 t 增長而逐漸降低，當t 趨于無窮時， un 趨于 uz；但是，一旦un=ut,再稍減小， uo 就從 uz 躍變?yōu)?+uz，與此同時 up 從ut 躍變?yōu)?+ut，電容又開始正向充 電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 圖 2.3 滯回比較器的電壓傳輸特性 圖 2.4 方波發(fā)生電路的波形 2.32.3 三角波的設(shè)計三

7、角波的設(shè)計 2.2.12.2.1 原理圖原理圖 123456 a b c d 654321 d c b a t itle num berrevisionsize b date:7-jun-2008 sheet of file:e:偶偶偶偶偶偶偶偶偶偶偶偶backup of copy of sheet1.ddbdrawn by: r r r3 r4 r rw2 rw3 c5 dz dz u2 u3 +12+12 -12 -12 圖 2.3 三角波發(fā)生電路原 2.4 三角波發(fā)生電路的波形圖 2.2.2 工作原理 積分電路是一種運用較為廣泛的模擬信號運算電路，它是組成各種模擬電 子電路的重要基本單元

8、，它不僅可以實現(xiàn)對微分方程的模擬，同時在控制和測 量2.6 方波-三角波發(fā)生電路波形圖系統(tǒng)中，積分電路也有著廣泛運用，利用其充放 電過程可以實現(xiàn)延時，定時以及各種波形的產(chǎn)生.積分電路還可用于延時和定時。 在圖 2.3 所示三角波發(fā)生電路圖中，將方波電壓作為積分運算電路的輸入， 在積分運算電路的輸出就得到三角波電壓。 . (式 2.10) 32 1 c oo i udtudt crc (式 2.11) 321020 4 1 () ooo w uuttut rrc 式中為初始狀態(tài)時的輸出電壓。設(shè)初始狀態(tài)時正好從-躍變 20o ut 2o u z u 為+，則式 2.10 應寫成 z u (式 2.

9、12) 31020 4 1 () ozo w uuttut rrc 積分電路反向積分, 隨時間的增長線性下降，根據(jù)圖 2.4 所示電壓傳輸 2o u 特性，一旦，再稍減小，將從+躍變?yōu)?。使得式 2.10 變?yōu)?2ot uu 2o u z u z u (式 2.13) 32121 4 1 () ozo w uuttut rrc 為產(chǎn)生躍變時的輸出電壓。積分電路正向積分，隨時間的增 21o ut 2o u 2o u 長線性增大，根據(jù)圖 2.3 的電壓傳輸特性，一旦，再稍增大,將從 2ot uu 2o u -躍變?yōu)?，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。 z u z u 2.32.3 正弦波的設(shè)計正

10、弦波的設(shè)計 c1 0.1uf c30.1uf r7 4k r8 1k r9 10k 10 9 8 u1 lm324c 2.3.12.3.1 工作原理工作原理 采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡單的二階低 通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加 rc 環(huán)節(jié)，可以使濾波器的過渡帶 變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。 輸出三角波。三角波再經(jīng) r10、c1 積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似的正弦波。 總的原理圖總的原理圖 r1 2k r2 2k r3 100 r4 2k r5 1k r6 2k r7 10k r8 1k r9 10k rw2 100k rw1 5k c1 0.1uf c2 0

11、.1uf c3 0.1uf +12v -12v 3 2 1 411 u1 lm324a 5 6 7 u1 lm324b 10 9 8 u1 lm324c d1 zener2 d2 zener2 3參數(shù)選擇 3.1 方波電路的元件參數(shù)選擇方波電路的元件參數(shù)選擇 3.2.13.2.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 由于要求方波輸出電壓約等于 12v，所以采用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓約等于 6v， 所以應采用 6.2v 的穩(wěn)壓管兩支。 電容電容 庫房里可以提供 0.1uf 的電容，所以電路里都采用 0.1uf 的電容， 電阻電阻 頻率范圍是 10hz100hz ,100hz1000hz, 根據(jù)公式 f=r2/(4*r1*r3

12、*c)取 r1=2k r2=5k r3=100 rw1=5k rw2=100k 經(jīng)過公式計算后得到接近的電阻阻值，再把數(shù)據(jù)代入到仿真軟件進行仿真 調(diào)整，得到正確的波形圖和數(shù)值。 4.4.系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試 4.14.1 方波波形測試方波波形測試 由于在電路圖中方波的幅值約等于+12v，所以只要電路沒有出現(xiàn)問題，阻值選擇合適，那 么波形就可以出來。 4.24.2 三角波波形測試三角波波形測試 同樣保持電路完整，接入電源，通過調(diào)節(jié) rw1 可改變?nèi)遣ǚ导邦l率， 通過調(diào)整 rw2 使電路的周期發(fā)生變化，同時頻率也發(fā)生變化。 4.34.3 正弦波波形測試正弦波波形測試 將將電源電路接入變壓器使雙電源

13、輸出12v，通過調(diào)節(jié) rw1、rw2 可調(diào)節(jié)正 弦波的峰峰值和頻率。 5.5.結(jié)果分析結(jié)果分析 實驗結(jié)果和預先所設(shè)定的參數(shù)存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數(shù) 有關(guān)，在電子仿真軟件中的電阻參數(shù)在庫房里沒有相吻合的參數(shù)，其次在實驗 焊接過程中也可導致誤差，庫房所提供的電阻其本身誤差較大，綜合各方面的 考慮，實驗結(jié)果的誤差不可避免，而制作出來的電路板所能出現(xiàn)的波形，在一 定程度上會出現(xiàn)失真現(xiàn)象。 6.6.工作總結(jié)工作總結(jié) 在這次課程設(shè)計中，我學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計電路和調(diào)試電 路。動手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所 學到的模電知識。在以后學習中我要加強對使

14、用電路的設(shè)計和選用能力。但由 于電路比較簡單、定型，而不是真實的生產(chǎn)、科研任務，所以我們基本上能有 章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計算逐步，元器件 選擇等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實 施方法。這對今后從事技術(shù)工作無疑是個啟蒙訓練。通過這種綜合訓練，我們 可以掌握電路設(shè)計的基本方法，提高動手組織實驗的基本技能，培養(yǎng)分析解決 電路問題的實際本領(lǐng)，為以后畢業(yè)設(shè)計和從事電子實驗實際工作打下基礎(chǔ)。 在實驗過程中收益最大的就是懂得如何去調(diào)試電路，查找電路的缺陷和看 pcb 圖，通過自己動手更能對電路有更深刻的了解。 7.7. 參考文獻參考文獻 元件清單表 附錄附錄 1 1 器件清單器件清單 器件型號個數(shù)備注 集成塊 lm3241 2k4 1k2 10k2 電阻 1001 100k1 變位器 5k1 電容 0.1uf3 二極管 6.2v 穩(wěn)壓二極 管 2 插槽14 腳 1 附錄附錄 2 原理圖原理圖 r1 2k r2 2k r3 100 r4 2k