音频正弦波信号发生器

目录

引言 (4)

一、设计方案的比较和选定 (4)

1.1 方案比较 (4)

1.2 方案选择 (3)

二、设计思路 (6)

2.1 结构框图 (6)

2.2版块说明 (6)

2.2.1 选频网络 (6)

2.2.2 第一级放大电路 (8)

2.2.3 LM386功率放大 (8)

2.3电源部分 (9)

三、PCB板制作及元件的焊接 (9)

3.1 电路原理图的绘制 (9)

3.2 电路板的制作流程 (10)

3.3 安装焊接 (7)

四、调试 (7)

五、实验数据测量 (12)

六、出现的问题及其解决方案 (8)

七、总结 (9)

参考文献 (9)

附录一 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。附录二 .. (17)

附录三 (18)

附录四 (19)

音频正弦波信号发生器设计

引言

随着21世纪的到来，世界将进入信息时代，作为其发展基础之一的电子技术必将以更快的速度发展前进。本系统以LM386，LM358为核心器件制作一种信号发生器，可以产生稳定的正弦波形。该电路是一种基于运算放大器的文氏电桥正弦波发生器。经测试，该发生器能产生频率为10-100Hz、100-1KHz、

1K-10KHz范围内的正弦波，且能在较小的误差范围内限制振幅。最大优点是制作成本较低。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。

关键字：正弦波、信号发生器、LM386、LM358

一、设计方案的比较和选定

1.1 方案比较

方案一：

本设计主要是文氏电桥产生正弦波,经LM358高输入阻抗运算放大器，通过NPN型三极管放大功率输出波形。接入正负12V电源二极管和电容滤除杂波后给整个电路供电。

方案二：

该方案由RC振荡产生正弦波，经LM358高输入阻抗运算放大器，通过三极管和达林顿管组合进行功率放大。

方案三：

由RC振荡电路产生正弦波，经LM358高输入阻抗运算放大器，和LM386音频集成功放，后输出稳定的正弦波。通过双电源供电和滤波电路滤波以提供单向直流电源。通过外围电路我们可以对产生的信号进行频率，幅度的调节，为此我们设计了三个波段作为频率的粗调，在以开

关阵列进行细调校正。同时我们还设计了正弦波的幅度调节低通滤波器。

1.2 方案选择

经比较三种方案都能产生稳定的正弦波，但方案一不能进行幅度调节，容易造成严重失真；方案二中含有达林顿管成本高，也会造成失真；方案三能弥补上面两种方案的缺点，输出幅度能连续可调，不易造成失真，同时整个电路简单，所用器件通用性强，且成本低，输出结果可靠稳定，更适合于我们的设计要求。最终决定选择方案三。

二、设计思路

2.1 结构框图

振荡电路

阻抗运算放大器放大功率放大产生正弦波形

反馈

输出

选频网络放大器放大器U0

2.2版块说明

2.2.1 选频网络

由RC 振荡电路产生正弦波如下图。该选频网络由三个频段组成，通过调节档位开关选择所需频段。通过调节R1A 和R1B 达到频率细调的作用。通过正反馈起振，负反馈稳频，产生正弦波。

2.2.2 第一级放大电路

LM358高阻运放与RC 振荡电路组成反馈网络，形成正反馈系统，起振。

d o f 基本放大器 A 反馈网络 F

X X

2.2.3 LM386功率放大

引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器。应用简单；静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电；工作电压范围宽，4-12V or 5-18V；外围元件少；电压增益可调，20-200。

2.3电源部分

采用正负12V双电源供电，二极管单向导通，防止交流电影响电路；两个滤波电容滤除杂波，以免影响实验结果。

三、PCB板制作及元件的焊接

3.1 电路原理图的绘制

在各单元电路设计的基础上，用Protel 99 SE 软件画出单元电路，再把各个单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。通过查阅数字电路器件手册或网络，掌握所选电子元器件，尤其是中大规模集成电路的性能、引脚定义以及封装形式，明确各器件的输入端、控制端对信号的要求和输出信号的特点。画出电路图后，检查无误就对每个器件进行封装，再生成PCB文件，设置好焊盘的大小；采用80mil的焊盘，元件的尺寸大小后按照原理图把器件的位置摆放规范，设置好布线规则，一般先用35mil，地线和电源线用40mil。在设置成单层板后就可以布线了，布完线后检查无误就能做电路板了。如下图：

3.2 电路板的制作流程

1)在PCB文件中量好要制作的电路板的长和宽，得到尺寸后制作规定要

求的单层板；

2)把板子放在打孔机的针头下方，固定好板子，调节好距离，然后打出需

要的针孔。

3)打印出PCB图纸，将打印好的图纸与板子上的针孔在对孔机上对好针

孔，然后固定纸与板子位置。

4)把板子放到加热机上走四次，拆掉板子上的纸，看板子上是否有短线，

如果有短线就用油笔画好线，一切确认无误后就放到腐蚀池中把多余的

铜腐蚀等几十分钟后就能得到电路板了，最后洗干净涂上松香板子就做

好了。

3.3 安装焊接

对应PCB图上的元件将所用到的器件底座焊接到电路板上，有跳线的话要先焊接跳线，该电路无跳线，可忽略。在焊接的过程中要避免焊锡与电路板上的铜线相交，而且要注意底座对应芯片的封装关系。其中，对应缺口的左下角第一个管脚号为1然后按逆时针方向依次为2、3------；在焊接之前用在焊接之前要把各个电阻的阻值用万用表测试,检查阻值是否正确；最好选用220V/25W的电烙铁；焊接时动作要以把电路板铜线烫坏；焊接要准确；每焊接好一处注意要检查是否有短路现象。

四、调试

焊接完毕后进行调试，具体步骤是在接通电源前，先用万用表仔细检查各线路是否有短路、短路、虚焊、漏焊现象。检查无误后，接通电源，用万用表按原理图从信号源开始一级一级测试个测试点处的电压是否合服设计标准。如果有不符合设计要求的地方则需要检查原理图是否合理，如果检查原理图无误，就要仔细检查电路是否有问题并改正问题，改正后再进行同样的测试，直到正常为止。然后再测试各个芯片的电压是否正常，反复检查调试，直到没有错误，电路能够正常工作合服设计要求为止。

具体步骤如下：

1、将电路板与封装图对照，检查实物元件位置是否与其对应。

用万用表检查电路是否短路或断路，检查电路板上的焊锡点是否虚焊或两个

2、焊锡点连在一起。

3、连接正负12V电源，接通电路，将输出与示波器相连，观察波形。

1）调节档位开关，选择频段；调节双联电位器，对频率进行细调。

2）调节滑动变阻器R6使第一级运算放大器增益Av大于等于3。

3）调节电位器RW对输出电压幅度进行调节。

4）观察并记录波形如下图。

5）重复以上步骤，对其进行多次检测。

五、实验数据测量

1）频率范围

改变档位开关，调整双联电位器，从示波器上读出频率。该这设计可在10-100Hz 、100-1KHz 、1K-10KHz 范围内的产生稳定的正弦波，通过档位开

关（图1）选择频段粗调频率，双连电位器（图2）进行细调。

2）输出电压

输出幅度 Vs>=12v 调节Rw 可改变幅值

从示波器读出电压峰峰值Upp ，根据公式2

2Upp U =计算出Uo 的有效值。

3）输出阻抗

a 、测开路电压Uo

b 、在输出端接一负载RL ，测其两端电压Uol ，根据公式Uo Ro RL RL Uol )(+=

计算出Ro 。

4）频率稳定

频率稳定度一般由 来衡量

六、出现的问题及其解决方案

1、无输出波形

经过仔细检测发现R3、R5两个电阻位置放反，导致第一级运算放大器的增益Av<3，从而振荡器不能起振。按照电路图正确放置两个电阻，焊接后，重新检测出现波形。

000100%f f f f f α-∆==⨯0f f ∆——频率偏移量。

f ∆——振荡频率

0f

2、波形出现失真

推测是由于第二级运放LM386增益过大，导致波形失真。

七、总结

通过本次课程设计较系统地掌握有关模拟电路的知识，主要对RC正弦波的振荡原理，和怎么运用LM386运算放大器构成音频振荡器及控制其产生频率有了进一步认识和掌握；通过课程设计，我们对课堂上的知识有更深入的理解，同时做到理论与实际相结合。更激发了我们动手的积极性。此外，课程设计直接有效的训练我们的创新思维，提高分析问题、解决问题的能力；这次课程设计要特别感谢指导老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵意见。

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2008

【2】潘永雄沙河电子线路CAD使用教程（第三版）西安电子科技大学出版社2003