信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器 院系：信 息 工 程 學(xué) 院 班級(jí)：11級(jí)電子信息工程二班 姓名： 倪 潔 學(xué)號(hào)： 2 0 1 1 5 5 0 9 0 1 指導(dǎo)老師：李 志 軍目 錄 摘要-2 1.信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)的意義-2 1.1設(shè)計(jì)目的-2 1.2設(shè)計(jì)的意義-22.信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及相關(guān)要求-2 3.信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的方案-3 4.信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理-3 4.1原理框圖-34.2信號(hào)發(fā)生器的原理圖、仿真結(jié)果及波形-45. 硬件設(shè)計(jì)及焊接調(diào)試-95.1焊接電路原理圖-95.2硬件焊接所需原件清單-105.3焊接電路圖-105.4調(diào)試輸出波形圖-116. 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的心

2、得體會(huì)-127. 故障與解決辦法-138.信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的參考文獻(xiàn)-13 摘要： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是電子技術(shù)領(lǐng)域常用的信號(hào)源，一般能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。為進(jìn)一步掌握模擬電子技術(shù)的基本理論及電路實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，培養(yǎng)大家的動(dòng)手能力，此次課程設(shè)計(jì)采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器來(lái)輸出所需要的信號(hào)及波形。關(guān)鍵詞：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 方波 正弦波 三角波 1、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的目的及意義1.1設(shè)計(jì)目的（1） 掌握常用元器件的識(shí)別、測(cè)試和使用方

3、法 （2） 學(xué)會(huì)運(yùn)用Multisim仿真軟件對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真測(cè)試（3）學(xué)會(huì)安裝和調(diào)試分立元件與集成電路組成的多級(jí)電子電路小系統(tǒng)（4）了解電路的調(diào)試1.2設(shè)計(jì)的意義 多功能信號(hào)發(fā)生器是現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測(cè)試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時(shí)，都需要有信號(hào)源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號(hào)并加到被測(cè)器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測(cè)量被測(cè)儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號(hào),廣泛用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、宇航等領(lǐng)域。2. 信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及相關(guān)要求

4、1、 內(nèi)容：按照相關(guān)要求完成原理設(shè)計(jì)圖并應(yīng)用仿真軟件通過(guò)軟件仿真部分；領(lǐng)取相關(guān)原器件；了解各個(gè)元器件的功能以應(yīng)用；按照電路原理圖焊接相應(yīng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；對(duì)信號(hào)發(fā)生器做相關(guān)調(diào)試，在示波器上輸出與要求相符合的波形。2、 要求：（1） 設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（2） 輸出波形：正弦波、三角波、方波（3） 頻率范圍：10HZ-10KHZ范圍內(nèi)可調(diào)（4） 輸出電壓：方波Vpp<20V，三角波Vpp=6V，正弦波Vpp>1V3信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案（1） 設(shè)計(jì)單個(gè)波形的產(chǎn)生： 正弦波：通過(guò)RC橋式電路自激振蕩產(chǎn)生方波：在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)RC組成的積分電路，將輸出電壓Rf、C反饋

5、到比較器的反相端，并在比較器的輸出端引入限流電阻R和兩個(gè)背靠背的雙向穩(wěn)壓管，從而組成雙向限幅方波發(fā)生電路。三角波:對(duì)方波進(jìn)行積分，由積分電路特性即可知三角波的產(chǎn)生，其電路包括同相輸入遲滯比較器和充放電時(shí)間常數(shù)不等的積分器兩部分組成。（2）波形轉(zhuǎn)換電路：比較器產(chǎn)生方波à積分器產(chǎn)生三角波à用差分放大電路實(shí)現(xiàn)正弦波，相應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:4. 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)原理4.1原理框圖4.2信號(hào)發(fā)生器的原理圖、仿真結(jié)果及波形（1）方波發(fā)生電路及工作原理 如下圖所示，在接通電源的瞬間，設(shè)輸出電壓偏向于正飽和值，即Vo=+Vz時(shí)，加到比較器同相端的電壓為+FVz，而加于反相端的電壓，由于電容器 C

6、上的電壓 Vc不能突變，只能由輸出電壓Vc 通過(guò)電阻Rf 按指數(shù)規(guī)律向 C充電來(lái)建立，充電電流為i+ 。顯然，當(dāng)加到反相端的電壓 Vc略正于 +FVz時(shí)，輸出電壓便立即從正飽和值 (+Vz)迅速翻轉(zhuǎn)到負(fù)飽和值(-Vz) ， 又通過(guò) Rf對(duì)C 進(jìn)行反向充電，充電電流為i- 。直到Vc 略負(fù)于-FVz 值時(shí)，輸出狀態(tài)在翻轉(zhuǎn)回來(lái)。如此循環(huán)不已，形成一系列的方波輸出。方波發(fā)生電路原理圖：輸出波形圖：（2）正弦波發(fā)生電路及工作原理 圖示為RC橋式正弦波振蕩器。其中RC串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，R3、R4、R5及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器RW，可以改變負(fù)反饋深度，以滿

7、足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管D1、D2正向電阻的非線性特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1、D2采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對(duì)稱。R3的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。電路的振蕩頻率 ： 起振的幅值條件： 調(diào)整反饋電阻R5，使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說(shuō)明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大Rf。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小Rf。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或 R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。正弦波發(fā)生電路：輸出波形：（3）三角波發(fā)生電路及工作原理圖示，設(shè)t=0時(shí)接通電源，有 Vo1=-Vz ，則 -Vz經(jīng)R6 向C 充電，輸出電壓按線性規(guī)律增長(zhǎng)。

8、當(dāng) Vo上升到門(mén)限電壓Vt+ ，使Vp1 =Vn1=0時(shí)，比較器輸出Vo1 由 -Vz上跳到+Vz ，同時(shí)門(mén)限電壓下跳到Vt- 值。以后Vo1 = +Vz經(jīng) R6和D 、R5 兩條支路向 C 反向充電，由于時(shí)間常數(shù)減小，Vo 迅速下降到負(fù)值。當(dāng) Vo下降到門(mén)限電壓Vt- 使Vp1=Vn1=0時(shí)，比較器輸出V o1又由 +Vz下跳到-Vz 。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。由于電容 C的正向與反向充電時(shí)間常數(shù)不等，輸出波形Vo 為鋸齒波電壓， Vo1為矩形波電壓，可以證明，設(shè)忽略二極管的正向電阻，當(dāng)R5、D 支路開(kāi)路時(shí)，電容C 的正、反向充電時(shí)間常數(shù)相等，此時(shí)鋸齒波就變成了三角波。三角波發(fā)生電路：輸出波

9、形：（4）三波發(fā)生電路及工作原理如圖所示，R5用來(lái)使電路起振；R1和R7用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩的頻率，R6、R9、R8分別用來(lái)調(diào)節(jié)正弦波、方波、三角波的幅值。左邊第一個(gè)運(yùn)放與RC串并聯(lián)電路產(chǎn)生正弦波，中間部分為過(guò)零比較器，用來(lái)輸出方波，最好一個(gè)運(yùn)放與電容組成積分電路，用來(lái)輸出三角波。調(diào)頻原理：根據(jù)RC振蕩電路的頻率計(jì)算公式RCfo21=可知，只需改變R或C的值即可，本方案中采用兩個(gè)可變電阻R1和R7同時(shí)調(diào)節(jié)來(lái)改變頻率。 調(diào)幅原理：本方案選用了最簡(jiǎn)單有效的電阻分壓的方式調(diào)幅，在輸出端通過(guò)電阻接地，輸出信號(hào)的幅值取決于電阻分得的電壓多少。其最大幅值為電路的輸出電壓峰值，最小值為0。 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性

10、可以表示為 令，則上式可簡(jiǎn)化為：，以上頻率特性可分別用幅頻特性和相頻特性的表達(dá)式表示：調(diào)頻原理：根據(jù)RC振蕩電路的頻率計(jì)算公式可知，只需改變R或C的值即可，本方案中采用兩個(gè)可變電阻R1和R7同時(shí)調(diào)節(jié)來(lái)改變頻率。電路原理：在電路中 ,運(yùn)放741和電阻 R3 , Rw , R4構(gòu)成正常的負(fù)反饋放大電路,而R1 , C1 , R2 , C2 則構(gòu)成 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),同時(shí)又由該選頻網(wǎng)絡(luò)作為反饋網(wǎng)絡(luò)形成正反饋環(huán)節(jié),其 R1 , C2 上的反饋電壓作為輸入代替放大器的輸入信號(hào), D1 , D2 起穩(wěn)幅作用。 三波發(fā)生電路圖：輸出波形圖：5硬件設(shè)計(jì)及焊接調(diào)試5.1焊接電路原理圖5.2硬件焊接所需原件清單

11、集成運(yùn)放741 2片三極管9013 4個(gè)可調(diào)電阻47K 2個(gè)可調(diào)電阻100K 1個(gè)可調(diào)電阻0.2K 1個(gè)電阻10K 5個(gè)電阻6.8K 2個(gè)電阻2K 2個(gè)電阻8K 1個(gè)電阻20K 1個(gè)電阻5.1K 1個(gè)電容1uf 1個(gè)電容470uf 3個(gè)5.3焊接電路圖5.4調(diào)試輸出波形圖6. 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的心得體會(huì)此次信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)過(guò)程大致分為兩個(gè)大的階段：仿真階段和硬件焊接階段。在仿真階段，我們班是在第八周的周二收到了仿真的通知，時(shí)間非常緊迫，因?yàn)橐谥芪宓臅r(shí)候把仿真結(jié)果給做出來(lái)?？粗蠋煱l(fā)的設(shè)計(jì)要求以及時(shí)間安排，有種莫名其妙的急迫感。第一天，根本沒(méi)有任何頭緒和思路，就在網(wǎng)上百度資料和別人的信號(hào)發(fā)生器的

12、仿真結(jié)果?？戳艘惶欤m然收獲不是很大，但是多多少少有些領(lǐng)會(huì)。第二天就正式進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和制作。參考百度的結(jié)果，拿著自己的模擬電子技術(shù)的課本，開(kāi)始在草稿紙上設(shè)計(jì)電路圖。緊接著就是在仿真軟件上作圖。周三的晚上，把三個(gè)獨(dú)立的仿真電路原理圖以及波形圖設(shè)計(jì)了出來(lái)，在仿真最后一個(gè)三波合成的電路時(shí)，嘗試了好多遍就是不出結(jié)果。檢查了好多遍電路，還是得不出結(jié)果。周四的晚上又接著去做，還是正弦波只是一條直線。周五的一大早六點(diǎn)多就起床設(shè)計(jì)電路，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，終于發(fā)現(xiàn)了一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤。三波合成的波形圖出來(lái)了，心里有一股說(shuō)不出的開(kāi)心與快樂(lè)。硬件焊接的過(guò)程中，首先要對(duì)自己所拿到的電路板以及元器件有一個(gè)很充分的認(rèn)識(shí)，因?yàn)樵?/p>

13、器件一旦焊接在電路板上，再次去掉的時(shí)候會(huì)很麻煩。所以對(duì)電阻、放大器、滑動(dòng)變阻器等要有很充分的認(rèn)識(shí)。這次所用的電路板是很原始的那種，沒(méi)有封裝的電路原理圖，所有的連線都要自己去做。開(kāi)始的時(shí)候，看著電路板，看著原理圖，感覺(jué)好難好難。經(jīng)過(guò)一天的研究，終于把電路板看明白了，電路圖如何在電路板上連接也有了一定的頭緒。在一切準(zhǔn)備工作就緒之后，我開(kāi)始焊接我的原器件，按照電路圖上的順序一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒進(jìn)行焊接。有時(shí)候一不小心焊接錯(cuò)了，有時(shí)候會(huì)一不小心燙到手，有時(shí)候會(huì)一不小心燒到頭發(fā)雖然在上學(xué)期的時(shí)候焊接過(guò)一個(gè)聲控光控的門(mén)鈴，但是這學(xué)期焊接的時(shí)候還是有些生疏。開(kāi)始的時(shí)候就向老師要了一塊廢舊的板子練習(xí)。然后才在電路板上

14、進(jìn)行焊接。周三下午三點(diǎn)多我就把電路板焊接好了，但是這時(shí)候我不確定焊接質(zhì)量的好與壞，所以就拿著萬(wàn)用表檢測(cè)電路。按照電路原理圖，一天線路一條線路進(jìn)行檢測(cè)，剛開(kāi)始檢測(cè)，就發(fā)現(xiàn)少連接了一根線。然后就趕緊把缺少的線接上，一起檢查工作完畢之后，就開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)了，但是就是不出來(lái)正弦波的波形。經(jīng)檢查才發(fā)現(xiàn)，在查分電路那里少連接了電源線。把電源線街上之后，正弦波出來(lái)了。我的任務(wù)差不多也算完成了。心得與體會(huì)：這次課程設(shè)計(jì)，從中學(xué)到了以下幾點(diǎn)：1、對(duì)仿真軟件要很熟悉的掌握。對(duì)所要仿真的電路圖也要有很熟悉的理解。這樣在仿真過(guò)程中，就不會(huì)出現(xiàn)細(xì)節(jié)失誤。2、仿真結(jié)果沒(méi)有出現(xiàn)理想的波形圖，可以檢查電路，對(duì)電路的節(jié)點(diǎn)也要有很

15、好的檢測(cè)。要有耐心。3、在對(duì)元器件進(jìn)行認(rèn)識(shí)的時(shí)候，要仔細(xì)分清楚。這樣就不會(huì)在后面的焊接過(guò)程中出現(xiàn)接口焊接錯(cuò)誤的情況。4、電路排線要盡可能的少，這樣對(duì)于后續(xù)的電路檢測(cè)有很大的幫助。5、當(dāng)結(jié)果沒(méi)有出現(xiàn)的時(shí)候，自己要清楚是電路的那個(gè)部分出了問(wèn)題，然后耐心的進(jìn)行檢測(cè)。最后，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一定要細(xì)心，要有很強(qiáng)的邏輯思維。因?yàn)楹附与娐返倪^(guò)程中，每一個(gè)元器件的擺放都會(huì)對(duì)后面的電路產(chǎn)生相應(yīng)的影響。所以，焊接電路板的時(shí)候，一定要有全局觀，焊接完畢，要耐心的去檢測(cè)。以上是我對(duì)此次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)與心得，希望在以后的學(xué)習(xí)生活工作中，會(huì)有所幫助。7.故障與解決辦法（1）仿真圖波形不能正常出現(xiàn)。這時(shí)候，要仔細(xì)檢測(cè)應(yīng)用仿真軟件做出的電路原理圖和要仿真的電路原理圖，一般原器件和連線不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，主要檢查電路的節(jié)點(diǎn)。要有耐心的排除故障。（2）硬件焊接完畢，不能出現(xiàn)相應(yīng)的波形。首先要檢測(cè)電路是否完整，可能會(huì)出現(xiàn)少接線得情況。然后對(duì)電路元件進(jìn)行檢測(cè)，看看電阻、電容預(yù)計(jì)及滑動(dòng)變阻器等器件