模电课设函数发生器

模拟电子技术基础课程设计题目名称：函数发生器

班级自动113

姓名路昌

学号1104010317

同组者刘蔚禛

计算机与信息工程学院

一：设计要求

1．能输出频率f=100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz两档，并连续可调的正弦波，三角波和矩形波。

正弦波：峰峰值为2V

三角波：峰峰值为6V

方波：峰峰值为12V

2．能输出频率f=50Hz~4kHz并连续可调的锯齿波和矩形波。

锯齿波峰峰值为4V，负斜率连续可调

矩形波峰峰值为12V，占空比为50%~90%可调。

设计提示：先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波。在方波三角波的基础上，进行锯齿波，矩形波的设计。

二：实验原理

函数发生器是能产生多种波形的信号发生器。如产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、阶梯波和调频、调幅等调制波形。一般至少要求产生三角波、方波和正弦波。产生各种信号波形的方法很多，其电路主要由振荡器、波形变换器和输出电路三个部分组成。振荡电路主要产生具有一定频率要求的信号。它决定了函数发生器的输出信号的频率调节范围、调节方式和频率的稳定度；在要求不高的场合，电路往往以需要产生的波形中的一种信号作为振荡信号。常用的振荡器有脉冲振荡器和正弦波振荡器。该部分主要考虑信号频率调节范围和频率的稳定度。波形变换器功能是对振荡源产生的信号进行变换和处理，形成各种所需的信号波形。重点考虑波形的失真问题，通过采取各种措施尽可能使波形失真减少。输出电路是对各路波形信号进行幅度均衡和切换，并完成信号幅度的调节、功能；重点考虑输出端的特性，如输出波形的最大幅值、输出功率和输出阻抗等。

为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，

再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：

2.1方案原理框图

原理框图：

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主可由差分放大电路和低通滤波电路来完成。本次课设要设计的是简单二阶低通电路，而低通滤波电路的基本电路特点是，只允许低于截止频率的信号通过。

2.2 方波发生电路工作原理

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路即作为迟滞环节，又作为反馈网络，通过RC冲、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz，则同相输入端电位Up=+Ut,Uo通过R3对电容C正向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位n 随时间的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是Un=+Ut，再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz，与此同时Up从+Ut跃变为-U T。随后，Uo又通过R3对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当T趋于无穷大时，

U n趋于-Uz；但是，一旦Un=-Uz再减小，U O就从-Uz跃变为+Uz，U O从-Ut跃变为+Ut，电容又开是正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

2.3 方波--三角波转换电路的工作原理

积分电路产生三角波

主要参数估算：

1幅值

在如图所示的三角波—方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压，所以三角波的幅值为

±Uom=±Ut=±Uz·(R3+R4)/R2

因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以

Uoh=+Uz，Uol=—Uz

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。

2.4锯齿波—方波转换电路的工作原理

利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分电路通路不同，就可得到锯齿波和方波的发生电路。

2.4三角波--正弦波转换电路的工作原理

将三角波展开为傅立叶级数可知，它含有基波和3次、5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器取出基波，滤除高次谐波，即可将三角波转换成正弦波。这种方法适用于固定频率或频率变化范围很小的场合。电路框图如下方左图所示。输入电压和输出电压的波形如下方右图所示，uO的频率等于uI基波的频率。将三角波按傅立叶级数展开uI （ωt）=8π2Um （sinωt?19sin3ωt+125sin5ωt??）其中Um是三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。但是，如果三角波的最高频率超过其最低频率的3倍，就要考虑采用折线逼近法来实现变换了。

总电路图

三：用Multisim10电路仿真方波电路的仿真

方波—三角波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得方波转三角波波形仿真图。

正弦波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得三角波转正弦波波形仿真图。

仿真结果完全符合设计要求，说明电路图可行，接下来就是调试。

四：电路的参数选择

电路板上没有6V的稳压管，一开始方波峰峰值为6V左右，从实验室找了一个6V 稳压管后达到峰峰值为12V的要求。

一开始R2的选择为100kΩ，调节20kΩ的电位器三角波幅度改变不明显，原因在于20kΩ相对100kΩ较小，可调范围太小，将R2改为10kΩ后三角波峰峰值改变明显，幅度和频率都达到了设计要求。

积分电路的电位器使用的是1kΩ，可调范围达不到90%，最多只能到80%左右，可是接到10kΩ或者更大的电位器上波形消失，所以最后在积分电路上还是保持了1kΩ的电位器。

五：电路的实验结果及分析方波波形产生电路的实验结果

实测方波，三角波图形：

锯齿波方波发生电路的实验结果

正弦波发生电路的实验结果

六：实验总结

课程设计是继专业理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。通过本次课设，我感觉收获了很多。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，理论知识很枯燥。而做完课程设计，一些问题就迎刃而解了，而且还可以记住很多东西。实践是检验真理的唯一标准。所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。

在制作实验报告时，发现只有细心耐心恒心一定要有才能做好事情，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。其中遇到的问题，在实验室的奋斗的几天中，过程曲折可谓一语难尽。一开始我们组连续换了三个方案都无法成功调试出波形，换试验箱，换示波器，换电路板，就差没换人了，后来分析原因在于没有调节好示波器，实验成功的时候也是将示波器调好的时候，通过这次课设开始时种种失败原因的排查，我们队示波器的使用又有了很大的进步，另外对于课设我们懂得了从设计电路到实物连线再到参数选择再到调节示波器一步都不能大意和出错，必须保持严谨，做一步检查一步，否则必定事倍功半。另外还有仿真软件的使用，通过自己的琢磨和学习，掌握了

Multisim10的基本用法。

其次，这次课程设计从选题到设计电路再到参数设计以及仿真、连接电路到最后调试电路的过程中体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识和具体仪器使用的问题，感谢老师的悉心指导，帮组我们组顺利完成课程设计。