模电课设_之函数信号发生器.doc

1设计内容与目标 1.1设计内容 本次实验的内容是制作一个函数信号发生器，通过调节能够产生正弦波，三角波，方波。 1.2设计目标与要求 （1）正弦波Upp≈3V，幅度连续可调，线性失真小。 （2）三角波Upp≈5V，幅度连续可调，线性失真小。 （3）方波Upp≈14V，幅度连续可调，线性失真小。 （4）频率范围：三段：10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz； （5）安装调试并完成符合学校要求的设计说明书 2 设计方案及原理 2.1方案选择 方案一：先产生正弦波，再由整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。 方案二：先产生方波，再由积分电路将方波变成三角波，再利用差分放大器传输特性的非线性将三角波变换成正弦波。 本次设计采用方案一，即由集成运算放大器组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。 2.2 总方案原理框图 2.3 各组成部分的工作原理 2.3.1正弦波发生电路的工作原理 图2 RC正弦波振荡电路 原理如下： 如图2所示，正弦波产生电路由放大电路、正反馈网络和选频率网络组成。RC串联臂阻抗为Z1，RC并联臂阻抗为Z2，通常要满足R1=R2，C1=C2， 其频率特性分析如下：， 反馈网络的反馈系数 因s=jw，令w0=1/RC，则反馈系数为 幅频特性表达式为 当w=w0=1/RC时， 幅频响应有最大值Fvmax=1/3。 此时相频响应为 。 这样RC串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输出电压同相，即，RC反馈为正反馈，满足相位平衡，可能产生振荡。 调节RC的参数时可实现频率谐振，在频率谐振过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。本次采用RC正弦波振荡器，可产生7Hz至16KHz的低频信号，满足设计要求。 2.3.2正弦波—方波转换电路的工作原理 原理如下： R1、D1、D2为输入保护电路，R1为限流电阻，防止R1过大时损坏运放器；D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。输出回路R2为限流电阻，Dz为双向稳压二极管，完成输出电压双向限幅，使得输出电压幅度限制为±Dz 当Vi为正弦波信号时，经比较器变换，输出Vo为方波信号，如图4所示. 2.3.3方波—三角波转换电路的工作原理 原理如下： 如图5，利用虚短和虚断两条法则求Vo和Vi的关系，有： 有节点电流法可知 ，表明v0与vi为积分关系。 因此，若积分器输入为方波，其输出波形即为三角波。如图6所示 但在实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻R，用作直流反馈，目的是减少集成运算放大器输出端的直流漂移，所以这次试验我们用的方波转换成三角波的电路图如下 图7 实际所用方波转换三角波电路图 2.4电路参数的计算及选择 （1）对正弦波发生电路： 振荡频率，10Hzf010KHz, 取C=1uF，则R取值为15.9至15.9K，R可取20K电位器。此次设计用100K电位器代替。 起振幅值条件,即，R8取6k，仿真时实际取R4=3.3kΩ 稳幅部分采用常见的1N4001反向并联连接，输出端用1kΩ电阻限流。 （2）对正弦波—方波转换电路： 输入端保护限流电阻R3选择1K，限制电压输入幅度同样采用二极管1N4001反向并接， 输出端限流电阻选用20K电位器，此次设计用100K电位器代替，Dz选用RD15稳压管反向串联，电压幅度限制在±Vz。 （3）对方波--三角波转换电路：C3采用1uF，R10采用1KΩ，=900Ω 2.5 总原理图 图8 总原理图 3电路的仿真 本次设计采用Multisim软件进行仿真，在Multisim中按照设计原理图画出仿真图后，查看输出曲线。 3.1 正弦波发生电路的仿真 图9 产生的正弦波 3.2正弦波—方波转换电路的仿真 图10 产生的正弦波和方波曲线 4.3 方波—三角波转换电路的仿真 图11 产生的方波和三角波曲线 4 电路的安装与调试 4.1正弦波发生电路的安装与调试 （1）安装正弦波产生电路 首先将运放芯片LM324插入通用电路板； 再分别把各电阻、电容放入适当位置，电位器管脚不要接错； 最后按设计原理图接线。 （2）调试正弦波产生电路 首先接入正负直流电源后，用示波器进行正弦波单踪观察； 然后调节R11、R12使正弦波的幅值及频率满足指标要求； 根据示波器的显示，各指标达到要求后进行下一步安装。 4.2正弦波—方波转换电路的安装与调试 （1）安装正弦波—方波变换电路 首先将LM324插入电路板； 再分别把电阻放入适当位置； 按图接线，注意直流源的正负及接地端。 （2）调试正弦波—方波变换电路 首先接入正负直流电源后，用示波器进行正弦波—方波双踪观察； 然后调节波的幅值及频率满足指标要求； 根据示波器的显示，指标符合要求后进