函數(shù)信號發(fā)生器課程設(shè)計

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1、函數(shù)信號發(fā)生器1引言1.1課題背景在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動試驗(yàn)、動態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。而在我們常生活中，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號是常用的基本測試信號。函數(shù)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。1.2課題要求涉及一個能夠輸出正弦波正弦波、方波、三角波等的信號源電路，電路自行選擇。輸出信號的頻率可通過開關(guān)進(jìn)行設(shè)定，具體要求如下：（1）輸出信號頻率范圍為100~800HZ，步進(jìn)為100HZ。（2）要求輸出新號無明顯失真，特別是正

2、弦波信號。（3）發(fā)揮部分：進(jìn)一步擴(kuò)大輸出信號的范圍和減小步進(jìn)頻率。1.4課題設(shè)計思路產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)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(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取?函數(shù)發(fā)生器的具體設(shè)計方案2.1函數(shù)發(fā)生器設(shè)計原理函數(shù)發(fā)生器組成框圖，主要有RC橋式振蕩電路，過零比較器，積分器三大主要模塊電路構(gòu)成。經(jīng)過RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波波，再經(jīng)過零比較器產(chǎn)生方波，然后由積分器產(chǎn)生三角波。其總的原理設(shè)計框如圖：積分器過零比較器正弦波方波三角波RC橋式振蕩器圖1總的原理框

3、圖2.2正弦波產(chǎn)生電路利用RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，原理如下圖所示；其中RC串并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時兼并選頻網(wǎng)絡(luò)，R1,R4,R5及二極管等原件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。圖2RC橋式振蕩電路原理圖調(diào)節(jié)電位器R2，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足震蕩的振幅條件和改善波形，利用兩個反向二極管D1,D2正向電阻的非線性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1,D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保證輸出波形正負(fù)半周對稱。R2的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。振蕩頻率：（2.1）其振幅值條件：（2.2）圖3正弦波仿真圖2.3方波產(chǎn)生電路利用過零比較器產(chǎn)生方波，其原理如下圖所示，其中D1,

4、D2決定其輸出電壓的幅值。圖4過零比較器原理圖由圖可知，該電路為處于開環(huán)狀態(tài)的集成運(yùn)放是一個最簡單的過零比較器。猶豫理想運(yùn)放的開環(huán)增益為無窮大。因此，當(dāng)輸入信號小于零時，輸出為高電平；當(dāng)輸入信號大于零時，輸出為低電平。從示波器輸出波形可知，當(dāng)輸入為正弦波時輸出為正弦波。其中穩(wěn)壓管的作用是實(shí)現(xiàn)限幅。方波的幅值為：(2.3)圖5方波仿真圖2.4三角波產(chǎn)生電路利用積分器產(chǎn)生三角波，其原理電路如下圖所示：圖6積分器原理圖圖中，同相輸入端接地，由于輸入端不取電流，同相端電位為零，反相端虛地，流過電容的電流與流過電阻的電流相等經(jīng)計算可知當(dāng)輸入方波時輸出為三角波。三角波的幅值：（2.

5、4）（2.5）（2.6）圖7三角波仿真圖2.5函數(shù)信號發(fā)生器總電路圖圖8方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器可以通過調(diào)節(jié)可變電容來達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。后面產(chǎn)生的方波，三角波的頻率與正弦波的頻率保持一致，所以只要調(diào)解正弦波的頻率就能達(dá)到調(diào)節(jié)整個電路的目的。當(dāng)可變電容為150nf時，它的13%對應(yīng)800HZ；15%對應(yīng)700HZ；18%對應(yīng)600HZ；21%對應(yīng)500HZ；25%對應(yīng)400HZ；34%對應(yīng)300HZ；51%對應(yīng)200HZ；99%對應(yīng)100HZ。同時，積分器的電阻值和電容值可以通過正弦波的周期與峰峰值來進(jìn)行定值。圖9總電路仿真圖3實(shí)驗(yàn)元器件清單序號名稱型號數(shù)量1

6、虛擬示波器XSC112可變電容150nf23可變電容6uf14滑動變阻器15k15電阻10k36電阻15k17常規(guī)二極管In400728電阻2.7k19電阻7k110穩(wěn)壓二極管In5235D211電阻6.8k112電阻8k113集成運(yùn)放TLV2273CD214集成運(yùn)放TLC25L2ACD115直流電源12V2表1元器件清單4心得體會這個學(xué)期通過電子線路與信號與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。同時通過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了很多，通過實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了我動手、思考和解決問題的能力，同時，我也對書本上的知識有了深入細(xì)致的了解。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，比如一開始仿真是總是直線基本上兩天都是

7、調(diào)處直線，真的很郁悶，同學(xué)無意識的談話讓我發(fā)現(xiàn)了自己的錯誤，回頭想想就那么簡單的原理被自己一直忽略，造成了很難調(diào)試出來，因此耗費(fèi)在這上面的時間用去很多。不過這其中一次次的嘗試，一次次的摸索直到最后得到正確的輸出波形，這期間的心情真的很難說出來我覺得這次課程設(shè)計我學(xué)到了很多，雖然結(jié)果可能有些失真，不過這是自己經(jīng)過千辛萬苦調(diào)試出來的，對自己還是比較滿意的。還有就是對電子元器件有了一定的認(rèn)識平時學(xué)習(xí)中就是一個集成運(yùn)放放大器沒有什么型號，但做實(shí)驗(yàn)室時元件的型號有很多，這其中一次次的嘗試，讓我對其他的元件都有了一定程度的認(rèn)識。還有雖然只是仿真，沒有