1、信号发生器设计报告概要模拟电子技术基础课程设计信号发生器 院系：信 息 工 程 学 院 班级：11级电子信息工程二班 姓名： 倪 洁 学号： 2 0 1 1 5 5 0 9 0 1 指导老师：李 志 军目 录 摘要-2 1.信号发生器设计目的与设计的意义-2 1.1设计目的-2 1.2设计的意义-22.信号发生器课程设计的内容及相关要求-2 3.信号发生器设计的方案-3 4.信号发生器的设计原理-3 4.1原理框图-34.2信号发生器的原理图、仿真结果及波形-45.硬件设计及焊接调试-95.1焊接电路原理图-95.2硬件焊接所需原件清单-105.3焊接电路图-105.4调试输出波形图-116.
2、信号发生器设计的心得体会-127.故障与解决办法-138.信号发生器设计的参考文献-13 摘要： 函数信号发生器是电子技术领域常用的信号源，一般能自动产生正弦波、三角波、方波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握模拟电子技术的基本理论及电路实验调试技术，培养大家的动手能力，此次课程设计采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器来输出所需要的信号及波形。关键词：函数信号发生器 方波 正弦波 三角波 1、函数信号发生器设计的目的及意义1.1设计目的（1）掌握常用元器件的识别、
3、测试和使用方法 （2）学会运用Multisim仿真软件对所作出的理论设计进行仿真测试（3）学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统（4）了解电路的调试1.2设计的意义 多功能信号发生器是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。2.信号发生器课程设计的内容及
4、相关要求1、内容：按照相关要求完成原理设计图并应用仿真软件通过软件仿真部分；领取相关原器件；了解各个元器件的功能以应用；按照电路原理图焊接相应的函数信号发生器；对信号发生器做相关调试，在示波器上输出与要求相符合的波形。2、要求：（1）设计、组装、调试函数信号发生器（2）输出波形：正弦波、三角波、方波（3）频率范围：10HZ-10KHZ范围内可调（4）输出电压：方波Vpp1V3信号发生器设计方案（1）设计单个波形的产生： 正弦波：通过RC桥式电路自激振荡产生方波：在迟滞比较器的基础上，增加一个RC组成的积分电路，将输出电压Rf、C反馈到比较器的反相端，并在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背
5、的双向稳压管，从而组成双向限幅方波发生电路。三角波:对方波进行积分，由积分电路特性即可知三角波的产生，其电路包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器两部分组成。（2）波形转换电路：比较器产生方波积分器产生三角波用差分放大电路实现正弦波，相应转换关系如下:4.信号发生器设计原理4.1原理框图4.2信号发生器的原理图、仿真结果及波形（1）方波发生电路及工作原理 如下图所示，在接通电源的瞬间，设输出电压偏向于正饱和值，即Vo=+Vz时，加到比较器同相端的电压为+FVz，而加于反相端的电压，由于电容器 C上的电压 Vc不能突变，只能由输出电压Vc 通过电阻Rf 按指数规律向 C充电来建立，充
6、电电流为i+ 。显然，当加到反相端的电压 Vc略正于 +FVz时，输出电压便立即从正饱和值 (+Vz)迅速翻转到负饱和值(-Vz) ， 又通过 Rf对C 进行反向充电，充电电流为i- 。直到Vc 略负于-FVz 值时，输出状态在翻转回来。如此循环不已，形成一系列的方波输出。方波发生电路原理图：输出波形图：（2）正弦波发生电路及工作原理 图示为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R3、R4、R5及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳
7、幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率 ： 起振的幅值条件： 调整反馈电阻R5，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小Rf。改变选频网络的参数C或 R，即可调节振荡频率。正弦波发生电路：输出波形：（3）三角波发生电路及工作原理图示，设t=0时接通电源，有 Vo1=-Vz ，则 -Vz经R6 向C 充电，输出电压按线性规律增长。当 Vo上升到门限电压Vt+ ，使Vp1 =Vn1=0时，比较器输出Vo1 由 -Vz上
8、跳到+Vz ，同时门限电压下跳到Vt- 值。以后Vo1 = +Vz经 R6和D 、R5 两条支路向 C 反向充电，由于时间常数减小，Vo 迅速下降到负值。当 Vo下降到门限电压Vt- 使Vp1=Vn1=0时，比较器输出V o1又由 +Vz下跳到-Vz 。如此周而复始，产生振荡。由于电容 C的正向与反向充电时间常数不等，输出波形Vo 为锯齿波电压， Vo1为矩形波电压，可以证明，设忽略二极管的正向电阻，当R5、D 支路开路时，电容C 的正、反向充电时间常数相等，此时锯齿波就变成了三角波。三角波发生电路：输出波形：（4）三波发生电路及工作原理如图所示，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频
9、率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。左边第一个运放与RC串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。调频原理：根据RC振荡电路的频率计算公式RCfo21=可知，只需改变R或C的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。 调幅原理：本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。 RC串并联网络的频率特性可以表示为 令，则上式可简化为：，以上频率特性可分别用幅频特性和相频特性的表达式表示：调
10、频原理：根据RC振荡电路的频率计算公式可知，只需改变R或C的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。电路原理：在电路中 ,运放741和电阻 R3 , Rw , R4构成正常的负反馈放大电路,而R1 , C1 , R2 , C2 则构成 RC串并联选频网络,同时又由该选频网络作为反馈网络形成正反馈环节,其 R1 , C2 上的反馈电压作为输入代替放大器的输入信号, D1 , D2 起稳幅作用。 三波发生电路图：输出波形图：5硬件设计及焊接调试5.1焊接电路原理图5.2硬件焊接所需原件清单集成运放741 2片三极管9013 4个可调电阻47K 2个可调电阻100K 1个可调电
11、阻0.2K 1个电阻10K 5个电阻6.8K 2个电阻2K 2个电阻8K 1个电阻20K 1个电阻5.1K 1个电容1uf 1个电容470uf 3个5.3焊接电路图5.4调试输出波形图6. 信号发生器设计的心得体会此次信号发生器的设计过程大致分为两个大的阶段：仿真阶段和硬件焊接阶段。在仿真阶段，我们班是在第八周的周二收到了仿真的通知，时间非常紧迫，因为要在周五的时候把仿真结果给做出来。看着老师发的设计要求以及时间安排，有种莫名其妙的急迫感。第一天，根本没有任何头绪和思路，就在网上XX资料和别人的信号发生器的仿真结果。看了一天，虽然收获不是很大，但是多多少少有些领会。第二天就正式进行电路的设计和
12、制作。参考XX的结果，拿着自己的模拟电子技术的课本，开始在草稿纸上设计电路图。紧接着就是在仿真软件上作图。周三的晚上，把三个独立的仿真电路原理图以及波形图设计了出来，在仿真最后一个三波合成的电路时，尝试了好多遍就是不出结果。检查了好多遍电路，还是得不出结果。周四的晚上又接着去做，还是正弦波只是一条直线。周五的一大早六点多就起床设计电路，经过仔细检查，终于发现了一个节点的错误。三波合成的波形图出来了，心里有一股说不出的开心与快乐。硬件焊接的过程中，首先要对自己所拿到的电路板以及元器件有一个很充分的认识，因为原器件一旦焊接在电路板上，再次去掉的时候会很麻烦。所以对电阻、放大器、滑动变阻器等要有很充
13、分的认识。这次所用的电路板是很原始的那种，没有封装的电路原理图，所有的连线都要自己去做。开始的时候，看着电路板，看着原理图，感觉好难好难。经过一天的研究，终于把电路板看明白了，电路图如何在电路板上连接也有了一定的头绪。在一切准备工作就绪之后，我开始焊接我的原器件，按照电路图上的顺序一点儿一点儿进行焊接。有时候一不小心焊接错了，有时候会一不小心烫到手，有时候会一不小心烧到头发虽然在上学期的时候焊接过一个声控光控的门铃，但是这学期焊接的时候还是有些生疏。开始的时候就向老师要了一块废旧的板子练习。然后才在电路板上进行焊接。周三下午三点多我就把电路板焊接好了，但是这时候我不确定焊接质量的好与坏，所以就
14、拿着万用表检测电路。按照电路原理图，一天线路一条线路进行检测，刚开始检测，就发现少连接了一根线。然后就赶紧把缺少的线接上，一起检查工作完毕之后，就开始进行检测了，但是就是不出来正弦波的波形。经检查才发现，在查分电路那里少连接了电源线。把电源线街上之后，正弦波出来了。我的任务差不多也算完成了。心得与体会：这次课程设计，从中学到了以下几点：1、对仿真软件要很熟悉的掌握。对所要仿真的电路图也要有很熟悉的理解。这样在仿真过程中，就不会出现细节失误。2、仿真结果没有出现理想的波形图，可以检查电路，对电路的节点也要有很好的检测。要有耐心。3、在对元器件进行认识的时候，要仔细分清楚。这样就不会在后面的焊接过
15、程中出现接口焊接错误的情况。4、电路排线要尽可能的少，这样对于后续的电路检测有很大的帮助。5、当结果没有出现的时候，自己要清楚是电路的那个部分出了问题，然后耐心的进行检测。最后，在实验过程中，一定要细心，要有很强的逻辑思维。因为焊接电路的过程中，每一个元器件的摆放都会对后面的电路产生相应的影响。所以，焊接电路板的时候，一定要有全局观，焊接完毕，要耐心的去检测。以上是我对此次实验的体会与心得，希望在以后的学习生活工作中，会有所帮助。7.故障与解决办法（1）仿真图波形不能正常出现。这时候，要仔细检测应用仿真软件做出的电路原理图和要仿真的电路原理图，一般原器件和连线不会出现错误，主要检查电路的节点。
16、要有耐心的排除故障。（2）硬件焊接完毕，不能出现相应的波形。首先要检测电路是否完整，可能会出现少接线得情况。然后对电路元件进行检测，看看电阻、电容预计及滑动变阻器等器件是否接错或者少接。接着，检查线路的接口是否正确，由于此次使用的电路板的三个接孔是连在一起的，所以很容易出现错误。最后，调节滑动变阻器，看看是否会出现相应的波形图。（3）波形失真。可能是滑动变阻器出现了问题，或者是放大器的引脚没有接到正确的位置。8.信号发生器设计的参考文献（1）康华光.电子技术基础-模拟部分 第五版 .高等教育出版社 1998（2）谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版).华中科技大学出版社 2000 （3）电子电路大全(合定本).中国计量出版社 1991
