信号发生器课程设计

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1、辽宁工程技术大学电子技术课程设计一.方案设计与分析三种波形都是比较简单且常见的波形，产生的方法有很多种，可以先产生方波，然后得到三角波和正弦波，也可以先得到正弦波，然后翻过来再输出另外两种波形;可以用集成芯片，同时也可以用运用各种元器件来实现振荡电路。（1）采用8038单片压控函数发生器，（2）采用传统的直接频率合成器。（3）采用锁相环式频率合成器。 （4）采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器比较以上几种方案：（1）8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz300K（2）这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪

2、声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 （3）利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。（4）采用由集成运算放大器与场效应管共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较

3、器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过场效应管正弦波转换电路形成正弦波确定各元件的参数，通过调整和模拟输出，该电路可产生频率低于1-10Hz的3种信号输出，具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。 因此，选择第四种方案。二 系统的工作原理 采用由集成运算放大器与场效应管共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波，波形转换原理图如下： 系统组成框图比较器积分器差分放大器 图2-11、方波三角波正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，其结构如图2-1所示。

4、他利用比较器产生方波输出，方波通过积分产生三角波输出， 三角波通过差分放大电路产生正弦波输出。2、利用差分放大电路实现三角波正弦波的变换波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2-2所示图 2-2由图2-2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。三函数信号发生器各组成部分的工作原理3.1方波产生3.1.1.方波产生电路图及元件参数的确定（如图3-1）图 3-1 方波发生电路从一般原理分析可知，可以在滞回比较器电路的基础上，靠正反馈和RC 充放电回路所组成矩形波发生电路。由于只会比较器的输出只有两种可能状态

5、：高电平和低电平。两种不同的输出电平使RC电路进行充电和放电，于是电容上的电压将升高或降低，而电容的电压有作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变成放电过程或相反。如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方波信号。3.1.2 元件参数的确定：图3-1中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。使产生的频率范围在10100Hz。方波振荡周期 T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。 R1=7K，R3=7K ，R4=7K。振荡频率 f = 1/T。可见

6、，f与C1成反比，调整电容C1的值可以改变电路的振荡频率。图中稳压管 D1 D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2。3.1.3仿真结果：图3-2 方波仿真图形 3.2方波三角波转换电路图及元件参数确定3.2.1 方波三角波转换电路 如图 3-3 所示图 3-3 方波-三角波电路图3.2.2 方波三角波的参数确定图3-3中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。运算放大器U1与电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。图中R6在调整方波三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求三角

7、波的幅值，可以调节可变电容C2。三角波部分参数设定如下：对于输出三角波 其振荡周期 T = (4 R5 R6 C2) / R3 ，f = 1/T。 而要调整输出三角波的振幅，则需要调整可变电容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。3.2.3仿真结果：图 3-4 三角波仿真图形3.3正弦波参数电路及元件参数确定3.3.1 正弦波参数电路 如图 3-5 所示图 3-5 三角波-正弦波电路图 3.3.2正弦波的参数确定改变输入频率，是电路中的频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图3-5中当改变输入频率后，三角波与正弦波的幅度将发生相应改变。由于振荡周

8、期 T = (4 R5 R6 C2) / R3，C2为调节三角波的幅度使UP-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波正弦波的变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。3.3.3仿真结果：图 3-6 三角波正弦波仿真图形四. 方波-三角-正弦波电路原理图图 4-1 方波-三角-正弦波函数发生器电路图图4-2 方波三角波正弦波仿真图形五 体会与感悟 在这次课程设计中我所做的题目是信号发生器的设计，

9、当时拿到这道题目时心里暗自窃喜，以为这道题目的程序老师上课都讲过，想到这心里更是感觉轻松了很多。首先我先讲这个设计的思路梳理了一下，这时我发现这次的设计和以前的设计有了很大的区别，以前只是单纯的想完成某项功能要借助很多其他器件来完成，而现在所学的要自己设计整个方案，这样我们就放弃了以前的依赖心理从头做起。经过了一周的课程设计，真的收获颇丰啊！学到了许多课本上学不到的知识！首先，我是个不太爱学习的孩子，我知道这样不对，但有时候也许有些懒惰，所以没太认真学习，模电数电课程学的不是很好，我发现，没有认真学习理论知识真的不行啊，可以说，我几乎都是在从不断的实践中学了一点点皮毛，我觉得很惭愧。认识到了自

10、己的错误就需要改正，在以后的学习和工作中，要有坚实的理论知识基础，才能更好地与实践相结合。第二，我遇到了一位好老师，我很早就听说过闫老师，闫老师从一开始就教授单片机，自己动手实践的能力。而且在前几日还在超市偶遇闫老师带着可爱的孩子，看她的样子就知道她很和蔼可亲，她没有年长老师的傲气，也没有年轻老师的不负责任，虽然和老师的交流不多，但是在学院的各种表彰大会上都能看到老师的身影，而且还代表指导教师讲话，从老师的业绩和谈吐就能知道，老师是一位非常优秀出众的老师！第三，我学会了使用Multisim软件的简单使用，在使用过程中存在很多问题，比如Multisim里面的元件那么多，我不知道选哪个，是选模拟器

11、件还是真实的等等一系列问题都困扰着我，同时我也熟练了怎么使用office办公软件，真的收获颇丰！最后，通过这次的学习，也让我学到了许多书本上学不到的知识！让我的理论知识与实践相结合起来！本次课程设计，是紧密联系我所学专业的一次实践，也是学校和老师给我们的一次难得的锻炼机会。真正检验了我们学习的效率与知识的掌握程度，极大的提高了我们自主设计实验的能力和自己的动手能力。经过这段时间的学习与探索，使我初步掌握了数字电路的基本理论知识和一些器件的使用，使我深深的认识到了自己在学习上的不足与在学习上的缺点。当学习的课本知识反应在生活中的实际之中的时候，还是有那么大的差距。在以后的学习当中，学会把理论联系实践，注重解决实际问题，这才是我们应有的学习态度。以后可能还会有更多的课程设计，但科学严谨的态度，诚朴求是的作风终是顺利完成任务的前提与必要。 参考文献1 童诗白，华成英.模拟电子技术.第4版.高等教育出版社,2006.2 阎 石.数字电子技术.第5版.高等教育出版社,2006.3 赵光宙.信号分析与处理.第2版.机械工业出版社.2006.9