函數(shù)信號(hào)發(fā)生器-模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、方波、正弦波的電路。信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了正弦波—方波—三角波簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器。設(shè)計(jì)中首先確定了電路方案：由直流穩(wěn)壓電源電路、文氏振蕩器、遲滯比較器、積分器組成；接著對(duì)各單元電路的的工作原理進(jìn)行了分析，由直流穩(wěn)壓電源電路提供所需電壓，文氏振蕩器產(chǎn)生正弦波，遲滯比較器產(chǎn)生方波，積分器產(chǎn)生三角波，同時(shí)對(duì)電路中各元器件的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。最后利用相關(guān)儀器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的方法通常有以下幾種：

（1）可以由晶體管、運(yùn)放等通用器件制作，更多的則是用專門的信號(hào)發(fā)生器

IC產(chǎn)生。早期的信號(hào)發(fā)生器IC，如ICL8038、BA205等，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。

（2）用分立元件組成的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器：價(jià)格比芯片實(shí)惠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

由分析選擇方案（2）。

簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器電路組成框圖如圖2.1所示。正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，比較器電路產(chǎn)生方波，積分電路產(chǎn)生三角波。

圖1.1 簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器電路組成框圖（見51hei附件）

根據(jù)圖2.1分析，由放大電路、負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成的正弦波振蕩電路當(dāng)達(dá)到起振條件，即AF>1時(shí)產(chǎn)生正弦波，同時(shí)用穩(wěn)幅二極管來(lái)維持輸出電壓幅度的穩(wěn)定，正弦波振蕩電路的輸出端作為電壓比較器的反相輸入端，同相輸入端接參考電壓UREF，通過(guò)輸入電壓與上下門限電壓的比較，使比較器發(fā)生反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生方波，比較器的輸出端作為積分器的反相輸入端，電容與積分器運(yùn)算放大器的反向輸入端與輸出端相連接，輸出與輸出成積分關(guān)系，且輸出電壓uo與輸入電壓ui反相，輸出三角波。

下圖1.1.1所示為實(shí)用的RC橋式振蕩電路

  實(shí)用RC橋式振蕩電路

文氏電橋振蕩器：fo=1/2πRC；正反饋電路：RC串并選頻網(wǎng)絡(luò)決定RC振蕩器的振蕩頻率fo。負(fù)反饋電路：Ra和Rb決定起振條件，調(diào)節(jié)波形與穩(wěn)幅控制。Rb并聯(lián)D1.D2：正向非線性電阻起振時(shí)：電阻大負(fù)反饋��；振蕩幅值大時(shí)：電阻小負(fù)反饋大，整形限幅。圖中二極管D1，D2用以改善輸出電壓波形，穩(wěn)定輸出幅度。起振時(shí)，由Uo很小，D1,D2接近于開路，R3,D1,D2并聯(lián)電路的等效電阻近似等于R3，此時(shí)|Au|=1+（R2+R3）/R1>3,電路產(chǎn)生振蕩。隨著U0的增大，D1,D2導(dǎo)通，D1,D2，R3并聯(lián)電路的等效電阻減小，|Au|隨之下降，使|Au|=3，U0幅度趨于穩(wěn)定。Rp可用來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的波形和幅度。為了保證起振，由R2+R3>2R1，可得R2的值必須滿足R2>2R1-R3。也就是說(shuō)，R2過(guò)小，電路有可能停振。調(diào)節(jié)使R2略大于2R1-R3,起振后的振蕩幅度較小，但輸出波形比較好。調(diào)節(jié)使R2增大，輸出電壓的幅度增大，但輸出電壓波形失真也增大，當(dāng)R2增大到R2>>2R1時(shí)，使得無(wú)論二極管D1,D2是否導(dǎo)通，電路均滿足|Au|>3,D1,D2失去了自動(dòng)穩(wěn)壓作用，此時(shí)振蕩將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的限幅失真，所以為了使輸出電壓波形不產(chǎn)生嚴(yán)重的失真，要求R2值必須小于2R1.由此可見，為了使電路容易起振，又不產(chǎn)生嚴(yán)重的波形失真，應(yīng)調(diào)節(jié)R2滿足：2R1>R2>(2R1-R3)。

由運(yùn)算放大器B、R6、R8、R7、D3和D4組成的遲滯比較器與如圖所示。

由波形圖可以看出，在比較器沒有翻轉(zhuǎn)之前，v0為一常數(shù)（設(shè)v0=+Vz）。v0通過(guò)R對(duì)C充電，vc由-R1* Vz /R1+R2逐漸上升，隨著vc的增大，R兩端的電壓將逐漸下降，故充電電流ic也將不斷減小，使vc上升速度減慢，從而使vc形成了典型的RC電路的充放電波形（按指數(shù)規(guī)律變化）。這樣的vc由于線性度非常差，顯然不能當(dāng)作三角波使用。改進(jìn)vc線性度的有效方法，是在充放電過(guò)程中保持ic的恒定，即對(duì)電容C恒流充放電。使ic恒定的辦法有多種，其實(shí)質(zhì)都是利用BJT或FET的恒流特性，再引入電流負(fù)反饋而形成的恒流源電路。

由積分器和耦合電容組成的三角波，方波發(fā)生器電路如圖。在一般使用情況下，V01和V02都接地。只有在方波的空占比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對(duì)稱時(shí)，可通過(guò)改變V⊕1和V02的大小和方向加以調(diào)整。

如圖所示，簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器電路圖輸出波形次序?yàn)檎�弦波、方波和三角波，調(diào)節(jié)R1、R2的大小可得出電路的震蕩頻率為：

fo=1/2πRC；

可調(diào)頻率范圍為：100Hz-1KHz,1KHz-10KHz；

產(chǎn)生的正弦波U0的峰

產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器產(chǎn)生方波再由10V的穩(wěn)壓管使輸出的方波U1的峰峰值為Vp-p=Uz=10V。穩(wěn)壓后產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)積分器作用產(chǎn)生三角波。

如上圖電路圖所示，要使正弦波發(fā)生器能夠滿足自激振蕩的振幅和相位條件，產(chǎn)生自激振蕩。所以要保證電路起振，則  |Au|=1+（R2+R3）/R1>3，即R2+R3>2R1,又因?yàn)楣潭�電阻R3、R4的阻值分別為2.7K和5.1K，所以需將R2的阻值調(diào)到大于8.1K。調(diào)試時(shí)將R1的阻值調(diào)到了8.4K，保證了電路的自激起振條件使電路能夠自激起振。電路自激起振后，再調(diào)節(jié)R4、R5。

將各元器件正確焊接到電路板上并進(jìn)行調(diào)試。調(diào)節(jié)R2的阻值為8.4K歐使電路產(chǎn)生自激振蕩，調(diào)節(jié)R4、R5的組值得到符合技術(shù)指標(biāo)要求頻率的正弦波U0,接著調(diào)節(jié)R6使正弦波U0的峰峰值Vp-p=5.6V。產(chǎn)生正弦波后，使輸入的正弦波U0經(jīng)過(guò)過(guò)遲滯較器，并在10V的穩(wěn)壓管的作用下產(chǎn)生符合技術(shù)指標(biāo)要求的方波其峰峰值為Vp-p=10V。產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)積分器產(chǎn)生三角波。

三個(gè)波形如下，存在一定失真。

正弦波整體良好，在局部上有輕微失真，應(yīng)該是電路焊接的問(wèn)題。

三角波底部出現(xiàn)失真，應(yīng)該是前一個(gè)矩形波頂部失真造成的。

   

（2）LM324N集成運(yùn)算放大器   3個(gè)

（3）10V的1N4697穩(wěn)壓二極管  2個(gè)   

（4）二極管1N4007   2個(gè)

8K和1M 2個(gè)，20K 4個(gè)。

這次我們組做的的課程設(shè)計(jì)課題是簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)，這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程基本上都有自己的參與，特別是在確定電路方案的問(wèn)題上，和同學(xué)討論了幾種不同的方案。但是有些方案經(jīng)過(guò)電路的仿真卻發(fā)現(xiàn)不可行，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)幾種不同方案后，終于確定了先產(chǎn)生正弦波、接著產(chǎn)生方波最后產(chǎn)生三角波的方案。通過(guò)這套方案確定了電路原理圖和PCB連接圖，隨著方案的確定，之后的思路也有了明確的方向。盡管有了方向，但是之后的困難也才剛剛開始。在制作PCB時(shí)，發(fā)現(xiàn)一定要有細(xì)心、耐心和恒心才能做好事情，首先是線的布局上既要美觀又要實(shí)用和走線簡(jiǎn)單，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。比如在做PCB板時(shí)，因?yàn)槿狈��?jīng)驗(yàn)把板上的線畫得太細(xì)了，又因?yàn)榘裀CB板浸在三氯化鐵里浸得太久導(dǎo)致PCB板上的銅幾乎全都溶解了。對(duì)此感到非常的傷心，也非常的心灰意冷，花了自己這么多心血的作品就這樣付之一炬了，但是也從中吸取了豐富的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在做任何一件事情時(shí)，不要因?yàn)榭焱瓿闪硕�不去重視它，有時(shí)候一點(diǎn)小小的問(wèn)題也會(huì)帶來(lái)巨大的損失。要想做好一件事情必須統(tǒng)籌兼顧，不可重視一方面而忽略另一方面。PCB板后來(lái)又重新做了一塊。重做之前自己仔細(xì)的總結(jié)了上次的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)以便再次做時(shí)能利用優(yōu)點(diǎn)和避免上次的缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)努力終于把PCB板做好了，并且也調(diào)試好了。看著自己親手完成的作品又是那樣的開心。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂(lè)，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)。設(shè)計(jì)是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的設(shè)計(jì)可以讓我們相互幫助，配合默契。我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了。

此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項(xiàng)目。我想說(shuō)，確實(shí)很累，但當(dāng)我們看到自己所做的成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無(wú)論干什么，只要人生活的有意義就可。+于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。一定要相信自己能夠做到，并且一定能夠做好。

【1】胡宴如，耿蘇燕主編。模擬電子技術(shù)（第三版）。北京：高等教育出版社，2008

【2】浙江大學(xué)電工電子基礎(chǔ)教學(xué)中心電子學(xué)組，蔡忠法等主編。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)。杭州：浙江大學(xué)出版社，2003

【3】彭介華主編。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京：高等教育出版社

【4】謝自美主編。電子線路設(shè)計(jì)●實(shí)驗(yàn)●測(cè)試。華中科技大學(xué)出版社

【5】陸秀令主編。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。