1、 . 北 華 航 天 工 業 學 院 電子技術 課程設計報告報告題目：信號發生器設計電路作 設計一個能產生方波、三角波、正弦波的函數發生器，要求如下：1輸出波形頻率圍為20Hz20kHz且連續可調；2正弦波幅值為05V之間可調，失真度小于2%；3方波幅值為012V之間可調；4三角波峰值為05V之間可調。工作容與時間進度安排第13周：周1-周3 ：立題、論證方案設計周4-周5 ：預答辯第14周：周1-周3 ：仿真實驗周4-周5 ：驗收答辯課程設計成果1與設計容對應的軟件程序2課程設計總結報告 容 摘 要 本方案主要用集成運放LM324和UA741等元器件設計組成一個簡易函數信號發生器。該函數信號

2、發生器主要由遲滯比較器、積分器電路、二階RC有源低通濾波器電路等三部份組成。遲滯比較器電路形成方波，經積分器電路輸出三角波，再經二階RC有源低通濾波器電路形成正弦波，通過電源實現112V可調，經過電位器實現頻率調節。由此構成了一個簡易的函數信號發生器。本實驗主要通過使用Multisim、protel軟件等完成電路的軟件設計。關鍵字：集成運放 方波 三角波 正弦波目 錄一、 概 述 1二、方案設計與論證2 1方案一2 2方案二2三、單元電路設計與分析21遲滯比較器 32積分器 3 3低通濾波器3 四、總原理圖與元器件清單 4五、結論 6六、心得體會 6七、參考文獻 6一、概述 通過集成運放構成遲

3、滯比較器、積分器和低通濾波電路，依次分別輸出方波、三角波、正弦波。通過調節電壓源或滑動變阻器，可改變波形的幅值和頻率。二、方案設計與論證函數發生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波與鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函數發生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數發生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數發生器模塊8038)。產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。1方案一采

4、用分立器件實現電路組成，主要的部件有雙運放uA741運算放大器、電壓比較器、積分運算電路、二階低通濾波電路、選擇開關、電位器和一些電容、電阻組成。該方案由三級單元電路組成的，第一級單元可以產生方波，第二級可以產生三角波，第三級可以產生正弦波。2方案二采用集成電路實現，主要部件有高速運算放大器LM318、單片函數發生器模塊5G8038、選擇開關、電位器和一些電容、電阻組成。該方案通過調節不同電位器可調節函數發生器輸出振蕩頻率大小、占空比、正弦波信號的失真，可產生精度較高的方波、三角波、正弦波，且具有較高的溫度穩定性和頻率穩定性。3方案比較與選擇方案二采用芯片雖然精度較高，溫度穩定性和頻率穩定性比

5、較好，而它們只能產生300kHz以下的中低頻正弦波、矩形波和三角波，且頻率與占空比不能單獨調節，從而給使用帶來很大不便，也無法滿足高頻精密信號源的要求。uA741是美國仙童公司較為早期的產品,由于其性能完善,如差模電壓圍和共模電壓圍寬,增益高,不需外加補償,功耗低,負載能力強,有輸出保護等,因此具有較廣泛的應用。uA741這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作，可以方便的輸出精度較高的方波、三角波、正弦波。綜上所述，本課題選用方案一。三、總原理圖與元器件清單1總原理圖多波形信號發生器方框圖如下圖所示：比較器積分器低通濾波器總原理圖如下所示：本課題采用由集成運算放大器組成的方波三角

6、波正弦波函數發生器的設計方法。并采用先產生方波三角波，再將方波變換成正弦波的電路設計方法：由比較器和積分器組成方波三角波產生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波，方波到正弦波的變換電路主要由低通濾波電路來完成。2.各組成部分的工作原理2.1 方波發生電路從一般原理來分析,可以在滯回比較器電路的基礎上,靠正反饋和RC充放電回路組成矩形波發生電路,由于滯回比較器的輸出只有兩種可能的狀態，高電平或低電平，兩種不同的輸出電平式RC電路進行充電和放電，于是電容上的電壓降升高或降低，而電容的電壓又作為滯回比較器的輸入電壓，控制其輸出端狀態發生跳變，從而使RC電路由充電過程變成放電過程或相反，如此循環往

7、復，周而復始，最后在滯回比較器的輸出端即可得到一個高低電平變化周期性交替的方波信號通過調節電位器來調節頻率圍。通過電壓源來控制幅值。方波發生電路仿真電路模型如圖所示：方波發生電路仿真模擬2.2三角波發生電路在產生方波之后，利用此波形輸入到一個積分電路便可輸出一個三角波。由于三角波信號是電容的充放電過程形成的指數形式，所以線性度較差，為了能得到線性度較好的三角波，可以將運放和幾個電阻，電容構成積分電路。它的幅值可通過調節Rp1來調節，頻率可通過調節兩個電位器進行調節。三角波發生電路原理圖：三角波發生電路仿真模擬2.3正弦波發生電路 正弦波電路是由二階低通濾波構成的，是由方波經低通濾波電路濾掉高次

8、諧波分量，剩下基波分量，即一個和方波頻率一樣的正弦波，濾波電路中有同相比例放大器是因為低通濾波之后波形幅值減小，需要一個放大電路來達到要求的幅值，這里可通過調節電位器來調節幅值和頻率。正弦波發生電路產生的波形頻率為：f=1/2RC在Multisim 10.1中可得到圖所示的波形2.方波-三角波轉換電路的工作原理圖為方波-三角波轉換電路，其中運算放大器用雙運放器741DIV工作原理如下：（1）若a點斷開，運算發大器A1（左）與R1、R2與R3、RP1組成電壓比較器，運放A2（右）與R4、RP2、C2與R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1,則積分器的輸出電壓Uo2為當時，當時，（2）若a點閉

9、合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環電路，則自動產生方波-三角波。三角波的幅度為：方波-三角波的頻率f為：由此可見積分器在輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系如下圖所示：三角波的幅度為：方波-三角波的頻率f為：由以上兩式可以得到以下結論：1. 電位器RP2在調整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的圍較寬，可用C1改變頻率的圍，Rp2實現頻率微調。2. 方波的輸出幅度應等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實現幅度微調，但會影響方波-三角波的頻率。(3)參數的選擇1）幅度的選擇由于方波的幅值由電

10、壓源決定，為了得到12V的電壓，輸入電壓為12V的雙電源，調節電壓可調節方波的幅值圍。由于三角波的幅值與方波幅值的關系可知調節電壓源也可改變三角波的圍，同時電位器Rp1也可以實現幅度微調。2）頻率的選擇由頻率公式可知，頻率可通過調節電位器Rp1和Rp2來改變。通過實驗可知，得到20kHz的頻率比較困難，兩個電位器選擇了100k歐，R3為22k歐，R4為5.6k歐姆，R2選用了10k歐。理論上通過計算可得到5.5kHz,但是實際上只達到了近5k歐，出現了誤差，這可能是由各個元器件存在誤差導致的。改進思路是：如果要達到更大圍，需改變R3和R4，可是改變一個R3或R4值就會影響到整體的頻率圍.，可實

11、施性不強。只好通過電位器改變，100k歐已經算比較大的電阻了，所以，只能考慮串聯兩個100k的電位器。在Rp1和Rp2后分別再串聯一個一樣的電位器，就可能實現更大圍的頻率要求。2.5方波正弦波轉換原理方波是由一個和其頻率一樣的正弦波和許許多多高頻諧波合成后得到的，方波越理想化，其高頻諧波分量越多，傅里葉變換簡而言之就是:任意一個信號可以用多個正弦波表示，將方波表達式用傅里葉級數展開，得到各個奇次諧波分量如下： 讓二階低通濾波器的截止頻率低于三次諧波頻率即可，由上式可知，三次諧波的頻率等于基波頻率的三倍，由于本課題要求達到的最低頻率為20Hz，但實際上為40Hz左右，則讓低通濾波器的截止頻率等于

12、100Hz即可。此二階低通濾波電路的截止頻率為：f=1/2RC所以在設計低通濾波電路時選擇了10k歐的電阻和100nF的電容，其中同相比例放大器穩定工作的條件為A=1+R8|R9<3所以分別選擇了15k和10k歐的電阻。四總原理圖與元器件清單1.總原理圖總仿真圖：2.元器件清單雙蹤示波器1臺運放741-DIV2片電位器100K2只電容100nF 3只電阻22k3只電阻10K3只電阻6.8k2只LM3241只穩壓二極管2只五、結論本課題根據設計中要實現的功能，經過自己認真地分析、實踐，確立方案，書寫文檔，設計出電路，在設計過程中翻閱了大量資料，通過對所得的各種資料的綜合分析，提煉出自己需要

13、的信息，從而提高自己的分析能力；通過對主要技術指標的分析，認真體會了設計時的各項技術政策；通過對設計時出現的各種問題的分析與解決，鍛煉了獨立分析，進行工程設計的能力；通過對電路設計中的某些問題的較為深入的探索，培養了自己的科研工作能力；通過設計論文的書寫，進一步鍛煉了繪圖技巧，文字表達能力和對工作的認真態度。當然，在設計中遇到了一些實際困難，通過本人與同組同學多次查找參考資料，以與指導老師的悉心講解，終于豁然開朗；通過這次設計不僅鞏固了本專業的知識，加深了對課本知識的理解，為本人在這一學期所學專業知識做了一個系統的把握。六心得體會本次課設比我想象的收獲要大，這是我結束課設最大的體會，從開始對課設題目的了解并逐步分析原理，進行仿真調試，焊接等一系列步驟下來，每一步都比想象的要難，原理是比較容易了解的，但是將原理圖仿真出來這就需要解決很多問題，元器件的參數等都會對結果有一定的影響，而當我們在面包板進行調試的時候才發現仿真才只是個開