《函数信号发生器课程设计报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《函数信号发生器课程设计报告.doc（18页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1 漳州师范学院漳州师范学院 模拟电子技术课程设计 函数信号发生器 姓 名： 学 号： 系 别： 专 业： 年 级： 指导教师： 2012 年 4 月 3 日 2 函数信号发生器 摘要摘要 利用集成电路 LM324 设计并实现所需技术参数的各种波形发生电 路。根据电压比较器可以产生方波，方波再继续经过基本积分电路可产 生三角波，三角波经过低通滤波可以产生正弦波。经测试，所设计波形发生电 路产生的波形与要求大致相符。 关键词：波形发生器；集成运放；RC 充放电回路；滞回比较器；积分电路 3 目录目录 中文摘要中文摘要.1 1.1.系统设计系统设计.4 1.1 设计指标.4 1.2 方案论证与比较
2、.4 2.2.单元电路设计单元电路设计.5 2.1 方波的设计.5 2.2 三角波的设计.8 2.3 正弦波的设计.10 3 3参数选择参数选择.11 3.1 方波电路的元件参数选择.11 4.4.系统测试系统测试.11 4.1 正弦波波形测试.11 4.2 方波波形测试.12 4.3 三角波波形测试.12 5 5结果分析结果分析.12 6 6工作总结工作总结.12 7 7参考文献参考文献.13 8 8附录附录.13 4 1.1.系统设计系统设计 1.11.1 设计指标设计指标 1.1.11.1.1 电源电源特性参数特性参数 输入：双电源12V 输出：正弦波1V，方波12 V，三角波5V，幅度
3、连续可调，线 pp V pp V pp V 性失真小。 1.1.21.1.2 工作频率工作频率 工作频率范围：10 HZ100HZ ,100 HZ1000HZ 1.21.2 方案论证与比较方案论证与比较 1.2.11.2.1 方案方案 1 1：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形 主要是应用集成运放 LM324，其芯片的内部结构是由 4 个集成运放所组成的,通 过 RC 文氏电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波,并再次通过积分电 路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路 较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。 1
4、.2.21.2.2 方案方案 2 2：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形 主要是应用集成运放 LM324,其芯片的内部结构是由 4 个集成运放所组成的, 通过电压比较器可以形成方波,方波经过积分之后可以形成三角波,三角波再经 过低通滤波可以形成正弦波,此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能,电 路较简单,调试方便,相比第一方案,其操作成功率较低. 5 2.2.单元电路设计单元电路设计 2.12.1 方波的设计方波的设计 2.1.12.1.1 原理图原理图 R2 1.3K R3 0.5K +12 -12 D1 ZNR D2 ZNR 3 2 1 411
5、 U1 LM324A 2.1.22.1.2 工作原理工作原理 矩形波发生电压只有两种状态,不是高电平 ,就是低电平 ,所 以电压比较器是它的重要成分;因为产生振荡 ,就是要求输出 的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈,因为 6 输出状态应按一定时间间隔交替变化,即产生周期性变化 , 所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间. 7 图所示的矩形波放生电路,它由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成 .RC 回路既作为延迟环节,又作为反馈网络 ,通 过 RC 充放电实现输出状态的自动转换. 设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位 Up=+Ut。Uo 通过 R3 对电容
6、C 正向充电，反相输入端电位 随时间 t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时， Un 趋于 +Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大， Uo 就从 +Uz 跃变为 Uz，与此同时 Up 从+Ut 跃变为 Ut。随后， Uo 又通过 R3 对电容 C 反向充电，或者说放电。反相输入端电位Un 随时间 t 增长而逐渐降低，当t 趋于无穷时， Un 趋于 Uz；但是，一旦Un=Ut,再稍减小， Uo 就从 Uz 跃变为 +Uz，与此同时 Up 从Ut 跃变为 +Ut，电容又开始正向充 电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 图 2.3 滞回比较器的电压传输特性 8 图 2.4 方波发生电路的波形
7、 2.32.3 三角波的设计三角波的设计 2.2.12.2.1 原理图原理图 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 图 2.3 三角波发生电路原 2.4 三角波发生电路的波形图 9 2.2.2 工作原理 积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组
8、成各种模拟电 子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测 量2.6 方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放 电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生.积分电路还可用于延时和定时。 在图 2.3 所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入， 在积分运算电路的输出就得到三角波电压。 . (式 2.10) 32 1 C OO I UdtUdt CRC (式 2.11) 321020 4 1 () OOO W UUttUt RRC 式中为初始状态时的输出电压。设初始状态时正好从-跃变 20O Ut 2O U Z U 为+，则式 2
9、.10 应写成 Z U (式 2.12) 31020 4 1 () OZO W UUttUt RRC 积分电路反向积分, 随时间的增长线性下降，根据图 2.4 所示电压传输 2O U 特性，一旦，再稍减小，将从+跃变为-。使得式 2.10 变为 2OT UU 2O U Z U Z U (式 2.13) 32121 4 1 () OZO W UUttUt RRC 为产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，随时间的增 21O Ut 2O U 2O U 长线性增大，根据图 2.3 的电压传输特性，一旦，再稍增大,将从 2OT UU 2O U 10 -跃变为+，回到初态，积分电路又开始反向积分。 Z
10、U Z U 11 2.32.3 正弦波的设计正弦波的设计 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 采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。图中采用的是简单的二阶低 通滤波电路，与同相输入端电路类似，增加 RC 环节，可以使滤波器的过渡带 变窄，衰减斜率的值加大，电路如图所示。 输出三角波。三角波再经 R10、C1 积分网络，输出近似的正弦波。 总的原理图总的原理图 R1 2K R2 2K R3 100 R4 2K R5 1K R6 2K R7 10K R8 1K R9 10K RW2 10
11、0K RW1 5K C1 0.1uF C2 0.1uF 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 12 3参数选择 3.1 方波电路的元件参数选择方波电路的元件参数选择 3.2.13.2.1 稳压管稳压管 由于要求方波输出电压约等于 12V，所以采用的稳压管的稳压约等于 6V， 所以应采用 6.2V 的稳压管两支。 电容电容 库房里可以提供 0.1uF 的电容，所以电路里都采用 0.1uF 的电容， 电阻电阻 频率范围是 10HZ100HZ ,100HZ
12、1000HZ, 根据公式 f=R2/(4*R1*R3*C)取 R1=2K R2=5K R3=100 RW1=5K Rw2=100K 经过公式计算后得到接近的电阻阻值，再把数据代入到仿真软件进行仿真 调整，得到正确的波形图和数值。 4.4.系统测试系统测试 4.14.1 方波波形测试方波波形测试 由于在电路图中方波的幅值约等于+12V，所以只要电路没有出现问题，阻值选择合适，那 么波形就可以出来。 13 4.24.2 三角波波形测试三角波波形测试 同样保持电路完整，接入电源，通过调节 RW1 可改变三角波伏值及频率， 通过调整 RW2 使电路的周期发生变化，同时频率也发生变化。 4.34.3 正
13、弦波波形测试正弦波波形测试 将将电源电路接入变压器使双电源输出12V，通过调节 RW1、RW2 可调节正 弦波的峰峰值和频率。 5.5.结果分析结果分析 实验结果和预先所设定的参数存在一定的误差，其中跟元器件的选择参数 有关，在电子仿真软件中的电阻参数在库房里没有相吻合的参数，其次在实验 焊接过程中也可导致误差，库房所提供的电阻其本身误差较大，综合各方面的 考虑，实验结果的误差不可避免，而制作出来的电路板所能出现的波形，在一 定程度上会出现失真现象。 6.6.工作总结工作总结 在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电 路。动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好
14、的熟练去使用我所 学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由 于电路比较简单、定型，而不是真实的生产、科研任务，所以我们基本上能有 章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步，元器件 选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实 施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们 可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决 电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。 14 在实验过程中收益最大的就是懂得如何去调试电路，查找电路的缺陷和看 PCB 图，通过自己动
15、手更能对电路有更深刻的了解。 7.7. 参考文献参考文献 元件清单表 附录附录 1 1 器件清单器件清单 器件型号个数备注 集成块 LM3241 2K4 1K2 10K2 电阻 1001 100K1 变位器 5K1 电容 0.1uF3 二极管 6.2V 稳压二极 管 2 插槽14 脚 1 15 附录附录 2 原理图原理图 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 0.1uF 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 附录附录 3 电子仿真电子仿真 3.1 输出方波电路的仿真 图 输出方波电路的仿真 16 3.2 方波三角波电路的仿真 17 3.3 正弦波电路的仿真 18