电子技术课程设计简易信号发生器

目录

一．设计题目 .......................................................................................... 错误！未定义书签。二．设计要求 .......................................................................................... 错误！未定义书签。三．题目分析 .......................................................................................... 错误！未定义书签。

1．方波、三角波、正弦波发生器方案 ......................................... 错误！未定义书签。

1.1 方案一原理框图 ................................................................. 错误！未定义书签。

1.2方案二原理框图 .................................................................. 错误！未定义书签。

1.3 函数发生器的选择方案 ..................................................... 错误！未定义书签。

2．各组成部分的工作原理 ............................................................. 错误！未定义书签。

2.1 方波发生电路的工作原理 ................................................. 错误！未定义书签。

2.2 方波--三角波转换电路的工作原理 .................................. 错误！未定义书签。

2.3三角波--正弦波转换电路的工作原理 ............................... 错误！未定义书签。四．整体构思 .......................................................................................... 错误！未定义书签。五．具体实现 .......................................................................................... 错误！未定义书签。

1. Multisim 11.0进行电路仿真 ......................................................................... 错误！未定义书签。

1.1输出方波电路的仿真 ............................................................................ 错误！未定义书签。

1.2方波—三角波电路的仿真................................................................... 错误！未定义书签。

1.3方波—正弦波电路的仿真................................................................... 错误！未定义书签。

1.4 波形汇总 .......................................................................................................... - 8 -

2. Altium Designer Summer 09画电路板 ..................................................................... - 9 -六．各部分定性说明以及定量计算 ...................................................... 错误！未定义书签。七．设计心得体会 .................................................................................. 错误！未定义书签。九．参考文献 .......................................................................................... 错误！未定义书签。

一．设计题目：信号发生器

二．设计要求：可以产生正弦波、三角波和方波；输出频率和幅度可以在一定范围内连续可调；频率稳定度较高。设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。 三．题目分析：

1．方波、三角波、正弦波发生器方案

1.1 方案一原理框图

555多谐振荡器积分电路

低通滤波器

图1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图

首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。

1.2

方案二原理框图

图2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图

RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。

1.3函数发生器的选择方案

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯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(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。

方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，我们选择方案一。

2．各组成部分的工作原理

2.1方波发生电路的工作原理

图3 由555定时器组成的多谐振荡器

利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。

用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T 导通，此时电容C2通过R2、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为

t pL= ( R2 +Rp) C2ln2 (3-1)

当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2、Rp 向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为

t pH= (R1+R2+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R2+ Rp) C2(3-2) 当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其震荡频率为

f=1/（t pL+t pH）=1.43/(R1+2R2+2Rp) C2(3-3) 2.2方波--三角波转换电路的工作原理

图4 积分电路产生三角波

RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。

由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图4所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。

2.3三角波--正弦波转换电路的工作原理

图5 三角波产生正弦波原理图

原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。

四．整体构思：

通过以上分析及方案的选择，设计如下电路图实现功能：

图6 函数发生器总电路图

总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R1→RP→R2→C2；C2的放电回路是C2→R2→RP→IC的7脚(放电管)。由于R2+RP》R1，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为500Hz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R3、C4积分网络后，输出三角波。三角波再经R4、C5、R5、C6低通滤波电路，输出近似的正弦波。C7是电源滤波电容。发光二极管LED1用作电源指示灯。

五．具体实现：

1.Multisim 11.0进行电路仿真

用Multisim11电路仿真软件进行仿真。从Multisim11仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器。仿真电路截图如下：

F

μ

1

6.

图7 函数发生器仿真电路图

1.1输出方波电路的仿真

接通电源后，可得如图8所示的输出方波仿真图。

图8 输出方波电路的仿真

1.2方波—三角波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图9所示的方波转三角波波形仿真图。

(a)

(b)

图9 方波转三角波波形仿真图（a）方波，（b）三角波

1.3方波—正弦波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图10所示的三角波转正弦波波形仿真图。

图10 三角波转正弦波形图

1.4 波形汇总

在电脑上仿真出最终三个波形如下图11所示。

图11 同时出现三个波形

仿真结果完全符合设计要求，说明电路图可行。

2. Altium Designer Summer 09画电路板

2．1 下面是用Altium Designer Summer 09软件画电路板的原理图和实际布线图。

（a）PCB原理图

（b ）pcb 布线图

（c ）打印输出pcb 背面布线图

图11 Altium Designer Summer 09画电路板

六．各部分定性说明以及定量计算：

由前面的方案分析，其震荡频率为f=1/（t pL +t pH ）=1.43/(R 1+2R 3+2Rp) C 2 带入各个数值，可得其频率的范围为179Hz —714 Hz 。

七．设计心得体会：

通过对函数信号发生器的设计，使我对模电，数电的基本知识的使用更加熟练，同时也增加了我对它们的一些认识，在作业完成过程中通过和同学的交流，也增加了合作的技巧。通过查阅以下资料也学到了一些课本上没有的东西，拓宽了自己的知识面，增加了学好电子方面课程的信心。

在这次课程设计中，我真正体会到了合作的重要性，遇到很多问题时，当我看书查资料不能解决时，这是去找同学讨论一下，收获很大，可以使很多问题迎刃而解，直到问题最终解决。

不可否认，本设计存在不少缺点和不足，但通过这次课程设计的却找出了自己在学习上的不足，对以后的工作也有指导作用。我相信在以后的学习中会克服这些不足，使自己的设计能力进一步提高！

九．参考文献：

[1] 数字电子技术基础/夏路易主编.-北京：科学出版社，2010.8

[2] 模拟电子技术基础/毕满清主编.—北京：电子工业出版社，2008.6