函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計電路-函數(shù)發(fā)生器電路

北華航天工業(yè)學(xué)院《電子技術(shù)》課程設(shè)計報告報告題目:信號發(fā)生器設(shè)計電路作設(shè)計一個能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波得函數(shù)發(fā)生器,要求如下:1。輸出波形頻率范圍為20Hｚ～20kHz且連續(xù)可調(diào);2。正弦波幅值為0～５V之間可調(diào),失真度小于2%；3。方波幅值為0～1２V之間可調(diào);4.三角波峰值為0~5V之間可調(diào)。工作內(nèi)容及時間進度安排第13周：周１-—-周3:立題、論證方案設(shè)計周4—-—周5:預(yù)答辯第１4周:周1-——周3：仿真實驗周4———周5:驗收答辯課程設(shè)計成果1．與設(shè)計內(nèi)容對應(yīng)得軟件程序2。課程設(shè)計總結(jié)報告

內(nèi)容摘要本方案主要用集成運放ＬM324與UＡ７41等元器件設(shè)計組成一個簡易函數(shù)信號發(fā)生器。該函數(shù)信號發(fā)生器主要由遲滯比較器、積分器電路、二階RC有源低通濾波器電路等三部份組成.遲滯比較器電路形成方波,經(jīng)積分器電路輸出三角波,再經(jīng)二階RＣ有源低通濾波器電路形成正弦波,通過電源實現(xiàn)１~１２V可調(diào),經(jīng)過電位器實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié).由此構(gòu)成了一個簡易得函數(shù)信號發(fā)生器。本實驗主要通過使用Multisim、ｐｒotel軟件等完成電路得軟件設(shè)計。關(guān)鍵字:集成運放方波三角波正弦波目錄一、概述………………1二、方案設(shè)計與論證………………2１。方案一……………………22．方案二………………………2三、單元電路設(shè)計與分析…………２1.遲滯比較器32．積分器…………33。低通濾波器…………………３四、總原理圖及元器件清單……………………4五、結(jié)論…………6六、心得體會……………………６七、參考文獻……………………6一、概述通過集成運放構(gòu)成遲滯比較器、積分器與低通濾波電路,依次分別輸出方波、三角波、正弦波。通過調(diào)節(jié)電壓源或滑動變阻器,可改變波形得幅值與頻率。二、方案設(shè)計與論證函數(shù)發(fā)生器一般就是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形得電路或儀器.根據(jù)用途不同,有產(chǎn)生三種或多種波形得函數(shù)發(fā)生器，使用得器件可以就是分立器件(如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊80３8)。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波得方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波;也可以首先產(chǎn)生三角波-方波,再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。１。方案一采用分立器件實現(xiàn)電路組成,主要得部件有雙運放uA741運算放大器、電壓比較器、積分運算電路、二階低通濾波電路、選擇開關(guān)、電位器與一些電容、電阻組成．該方案由三級單元電路組成得，第一級單元可以產(chǎn)生方波,第二級可以產(chǎn)生三角波,第三級可以產(chǎn)生正弦波．2.方案二采用集成電路實現(xiàn)，主要部件有高速運算放大器LＭ３18、單片函數(shù)發(fā)生器模塊5G80３８、選擇開關(guān)、電位器與一些電容、電阻組成.該方案通過調(diào)節(jié)不同電位器可調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器輸出振蕩頻率大小、占空比、正弦波信號得失真,可產(chǎn)生精度較高得方波、三角波、正弦波，且具有較高得溫度穩(wěn)定性與頻率穩(wěn)定性.3.方案比較與選擇方案二采用芯片雖然精度較高,溫度穩(wěn)定性與頻率穩(wěn)定性比較好,而它們只能產(chǎn)生3０0kHz以下得中低頻正弦波、矩形波與三角波,且頻率與占空比不能單獨調(diào)節(jié)，從而給使用帶來很大不便,也無法滿足高頻精密信號源得要求。uA7４1就是美國仙童公司較為早期得產(chǎn)品，由于其性能完善，如差模電壓范圍與共模電壓范圍寬,增益高,不需外加補償,功耗低,負(fù)載能力強,有輸出保護等，因此具有較廣泛得應(yīng)用。uA7４1這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護與閉鎖自由運作,可以方便得輸出精度較高得方波、三角波、正弦波.綜上所述，本課題選用方案一。三、總原理圖及元器件清單1?？傇韴D多波形信號發(fā)生器方框圖如下圖所示:比較器比較器積分器低通濾波器總原理圖如下所示：本課題采用由集成運算放大器組成得方波-三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器得設(shè)計方法。并采用先產(chǎn)生方波-三角波,再將方波變換成正弦波得電路設(shè)計方法：由比較器與積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路,比較器輸出得方波經(jīng)積分器得到三角波,方波到正弦波得變換電路主要由低通濾波電路來完成.2、各組成部分得工作原理2、1方波發(fā)生電路從一般原理來分析,可以在滯回比較器電路得基礎(chǔ)上,靠正反饋與RC充放電回路組成矩形波發(fā)生電路,由于滯回比較器得輸出只有兩種可能得狀態(tài),高電平或低電平，兩種不同得輸出電平式RC電路進行充電與放電，于就是電容上得電壓降升高或降低,而電容得電壓又作為滯回比較器得輸入電壓,控制其輸出端狀態(tài)發(fā)生跳變,從而使RＣ電路由充電過程變成放電過程或相反,如此循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始,最后在滯回比較器得輸出端即可得到一個高低電平變化周期性交替得方波信號.通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)頻率范圍。通過電壓源來控制幅值。方波發(fā)生電路仿真電路模型如圖所示:方波發(fā)生電路仿真模擬２、２三角波發(fā)生電路在產(chǎn)生方波之后,利用此波形輸入到一個積分電路便可輸出一個三角波。由于三角波信號就是電容得充放電過程形成得指數(shù)形式，所以線性度較差,為了能得到線性度較好得三角波,可以將運放與幾個電阻,電容構(gòu)成積分電路。它得幅值可通過調(diào)節(jié)Rp1來調(diào)節(jié),頻率可通過調(diào)節(jié)兩個電位器進行調(diào)節(jié).三角波發(fā)生電路原理圖：三角波發(fā)生電路仿真模擬２、3正弦波發(fā)生電路正弦波電路就是由二階低通濾波構(gòu)成得,就是由方波經(jīng)低通濾波電路濾掉高次諧波分量，剩下基波分量,即一個與方波頻率相同得正弦波，濾波電路中有同相比例放大器就是因為低通濾波之后波形幅值減小，需要一個放大電路來達到要求得幅值，這里可通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)幅值與頻率。正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生得波形頻率為:f=1/2πRC在Multisim１0、１中可得到圖所示得波形2、4方波—--三角波轉(zhuǎn)換電路得工作原理圖為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路,其中運算放大器用雙運放器741-DIV工作原理如下:（１）若ａ點斷開,運算發(fā)大器A1(左)與R１、Ｒ2及R3、RP１組成電壓比較器,運放A2(右)與R4、RP2、C２及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Ｕo１，則積分器得輸出電壓Uｏ２為當(dāng)時,當(dāng)時，（2）若a點閉合,即比較器與積分器首尾相連,形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波得幅度為：方波-三角波得頻率f為:由此可見積分器在輸入為方波時,輸出就是一個上升速度與下降速度相等得三角波,其波形關(guān)系如下圖所示：三角波得幅度為:方波—三角波得頻率f為:由以上兩式可以得到以下結(jié)論：電位器ＲP2在調(diào)整方波—三角波得輸出頻率時,不會影響輸出波形得幅度。若要求輸出頻率得范圍較寬，可用C1改變頻率得范圍，Ｒp2實現(xiàn)頻率微調(diào)。方波得輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vｃc.三角波得輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓＋Ｖｃc。電位器RＰ１可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波得頻率．(3)參數(shù)得選擇1）幅度得選擇由于方波得幅值由電壓源決定,為了得到12V得電壓,輸入電壓為12Ｖ得雙電源,調(diào)節(jié)電壓可調(diào)節(jié)方波得幅值范圍。由于三角波得幅值與方波幅值得關(guān)系可知調(diào)節(jié)電壓源也可改變?nèi)遣ǖ梅秶?同時電位器Rp1也可以實現(xiàn)幅度微調(diào)。2)頻率得選擇由頻率公式可知,頻率可通過調(diào)節(jié)電位器Rp1與Ｒp２來改變。通過實驗可知,得到２０kHz得頻率比較困難,兩個電位器選擇了1００k歐，R3為22k歐,Ｒ4為5、6ｋ歐姆,R2選用了1０ｋ歐。理論上通過計算可得到5、5kHz,但就是實際上只達到了近5ｋ歐,出現(xiàn)了誤差,這可能就是由各個元器件存在誤差導(dǎo)致得。改進思路就是：如果要達到更大范圍，需改變R3與R4，可就是改變一個R3或R4值就會影響到整體得頻率范圍、,可實施性不強。只好通過電位器改變,100ｋ歐已經(jīng)算比較大得電阻了,所以，只能考慮串聯(lián)兩個100k得電位器。在Ｒp１與Rp2后分別再串聯(lián)一個相同得電位器,就可能實現(xiàn)更大范圍得頻率要求。2、5方波—正弦波轉(zhuǎn)換原理方波就是由一個與其頻率相同得正弦波與許許多多高頻諧波合成后得到得,方波越理想化，其高頻諧波分量越多,傅里葉變換簡而言之就就是：任意一個信號可以用多個正弦波表示,將方波表達式用傅里葉級數(shù)展開，得到各個奇次諧波分量如下:讓二階低通濾波器得截止頻率低于三次諧波頻率即可，由上式可知,三次諧波得頻率等于基波頻率得三倍,由于本課題要求達到得最低頻率為20Ｈｚ，但實際上為40Hｚ左右，則讓低通濾波器得截止頻率等于100Hz即可。此二階低通濾波電路得截止頻率為:f=１/2πRC所以在設(shè)計低通濾波電路時選擇了10k歐得電阻與１00ｎＦ得電容,其中同相比例放大器穩(wěn)定工作得條件為A=1+R8|Ｒ9<3所以分別選擇了1５ｋ與1０k歐得電阻。四．總原理圖及元器件清單1、總原理圖總仿真圖:２、元器件清單雙蹤示波器１臺運放7４1—ＤIV2片電位器100KΩ2只電容100nF3只電阻22ｋΩ3只電阻1０ＫΩ３只電阻6、８kΩ２只ＬM３241只穩(wěn)壓二極管2只五、結(jié)論本課題根據(jù)設(shè)計中要實現(xiàn)得功能,經(jīng)過自己認(rèn)真地分析、實踐,確立方案，書寫文檔，設(shè)計出電路,在設(shè)計過程中翻閱了大量資料，通過對所得得各種資料得綜合分析，提煉出自己需要得信息，從而提高自己得分析能力;通過對主要技術(shù)指標(biāo)得分析,認(rèn)真體會了設(shè)計時得各項技術(shù)政策;通過對設(shè)計時出現(xiàn)得各種問題得分析與解決,鍛煉了獨立分析,進行工程設(shè)計得能力;通過對電路設(shè)計中得某些問題得較為深入得探索,培養(yǎng)了自己得科研工作能力；通過設(shè)計論文得書寫，進一步鍛煉了繪圖技巧,文字表達能力與對工作得認(rèn)真態(tài)度。當(dāng)然，在設(shè)計中遇到了一些實際困難，通過本人及同組同學(xué)多次查找參考資料，以及指導(dǎo)老師得悉心講解,終于豁然開朗;通過這次設(shè)計不僅鞏固了本專業(yè)得知識,加深了對課本知識得理解,為本人在這一學(xué)期所學(xué)專業(yè)知識做了一個系統(tǒng)得把握。六.心得體會本次課設(shè)比我想象得收獲要大，這就是我結(jié)束課設(shè)最大得體會，從開始對課設(shè)題目得了解并逐步分析原理,進行仿真調(diào)試,焊接等一系列步驟下來,每一步都比想象得要難,原理就是比較容易了解得,但就是將原理圖仿真出來這就需要解決很多問題,元器件得參數(shù)等都會對結(jié)果有一定得影響，而當(dāng)我們在面包板進行調(diào)試得時候才發(fā)現(xiàn)仿真才只就是個開始而已。在調(diào)試遇到問題最頭疼得事就是運放７4１總就是過熱