第一篇：模电课程设计——简易函数信号发生器
模拟电子技术课程设计报告
简易函数信号发生器
姓 名：李**，马** 班 级：********** 学 号：**********
**********
日 期：2016.12.28
简易信号发生器设计
摘要：
函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的原件，焊接出具体的实物图，并在实验室对焊接好的实物图进行调试，观察效果并与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。
关键字：
方案确定、参数计算、调试、误差分析。
一．设计目的：
设计构成正弦波、三角波、方波函数信号发生器
二．函数发生器总方案：
函数发生器的总方案 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，本课题采用由集成运算放大器与RC振荡电路的方式形成正弦波—方波—三角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，然后通过比较器，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。本课题采用先产生正弦波—方波—三角波，再调整方波的占空比进而实现产生锯齿波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：
由比较器和积分器组成方波—三角波产转换电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到锯齿波的变换电路主要由调节占空比来完成。
三.设计任务与实验原理 实际任务：
所选为题目2：函数信号发生器
输出正弦波、占空比可调的矩形波（含方波）、锯齿波（含三角波）。
实验原理：
（一）RC振荡电路——正弦波发生电路
（二）滞回比较器——正弦波—矩形波转换电路
滞回比较器特性如图，实验中希望通过改变UT阈值改变比较器对于正弦波的运算过程，进而改变矩形波的占空比。
因此我们在滞回比较器的接地端接入一个电压可调电压源，反馈支路加入了一个可调电阻的电位器，进而达到可调同名端电位的目的。
实际电路图设计如下：
（三）积分电路——矩形波—锯齿波转换电路
积分电路定义
输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。
积分电路原理
从图中可以看出，Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故 Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt 这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）RC电路的积分条件：RC≥Tk
电路结构如图J-1，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
积分电路特点1:积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波 2:积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中
3：积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度
4：积分电路输入和输出成积分关系
积分电路的设计方法与步骤积分电路的设计可按以下几个步骤进行：
1． 选择电路形式积分电路的形式可以根据实际要求来确定。
若要进行两个信号的求和积分运算，应选择求和
积分电路。若只要求对某个信号进行一般的波形变换，可选用基本积分电路。基本积分电路如图1
所示：
2．确定时间常数τ=RC
τ的大小决定了积分速度的快慢。由于运算放大器的最大输出电压 Uomax为有限值（通
常 Uomax=±10V 左右），因此，若τ的值太小，则还未达到预定的积分时间 t 之前，运放已经
饱和，输出电压波形会严重失真。所以τ的值必须满足：
当 ui为阶跃信号时，τ的值必须满足：
因此，当输入信号为正弦波时，τ的值不仅受运算放大器最大输出电压的限制，而且与 输入信号的频率有关，对于一定幅度的正弦信号，频率越低τ的值应该越大。
3．选择电路元件
1）当时间常数τ=RC 确定后，就可以选择 R 和 C 的值，由于反相积分电路的输入电阻Ri=R，因此往往希望 R 的值大一些。在 R 的值满足输入电阻要求的条件下，一般选择较大的C 值，而且 C 的值不能大于 1μF。
2）确定 RP
RP 为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流所产生的失调，一般取 RP=R。
3）确定 Rf
在实际电路中，通常在积分电容的两端并联一个电阻 Rf。Rf 是积分漂移泄漏电阻，用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。为了减小误差要求 Rf ≥ 10R。
4．选择运算放大器
为了减小运放参数对积分电路输出电压的影响，应选择：输入失调参数（UIO、IIO、IB）小，开环增益（Auo）和增益带宽积大，输入电阻高的集成运算放大器。
四.电路框图：
五.单元电路的计算
在习题中偶然见到改变UT的值，便设计了如是电路，通过叠加定理可算得 V=U*Rp2/(R4+Rp2)(+/-)Uz*R4/(R4+Rp2)六.问题及解决：
实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改
进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。
1、调试前的检查
在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括： *检查连线是否正确
检查的方法通常有两种方法：
（1）按照电路图检查安装的线路。这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。
（2）按照实际线路来对照原理图电路进行查线。这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。*检查元器件的安装情况
检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。2、调试方法与原则（1）通电观察
把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调试
交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。（3）动态调试
调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。
七．电路与实验结果图
八.误差分析：
a.测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;b.电流表内阻串入回路造成的误差;c.测得纹波电压时示波器造成的误差;d.示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差;
九．实验心得：
实验箱的接触不良，示波器的故障都是磨练我们心智的一道道门槛，跨过去，就像从幽寂的冷夜投入曜阳的拥抱。课程设计中的“命运多舛”从来都不曾组织我们的脚步，我们能做的就是迈向最终的清风与花香。对我来讲，这就是一步，而在这一步中，我们收获良多良多： 一个人做不到的，你还有队友；不懂的，你还有文献„„这个世界上有太多困难，也有太多克服困难的方法，关键在于是否有前进的心。
十.参考文献：
童诗白模拟电子技术基础北京高等教育出版社,2006。付扬电路与电子技术实验教程北京机械工业出版社
第二篇：函数信号发生器课程设计
一 绪论
1.1 函数信号发生器的应用意义
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也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用有集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。具体方法是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要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
通过此次设计，我们能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力
1.2设计任务
设计能产生方波、三角波、正弦波的函数信号发生器电路
1.3设计要求
1）输出各种波形工作频率范围：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。
2)输出电压：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。3)波形特征：幅度连续可调，线性失真小。
4)选择电路方案，完成对确定方案电路的设计;计算电路元件参数与元件选择、并画出各部分原理图，阐述基本原理。
1.4设计方案
函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。
图1 函数信号发生器框图
1、方波—三角波—正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，其结构如图1所示。他利用比较器产生方波输出，方波通过积分产生三角波输出，三角波通过差分放大电路产生正弦波输出。
2、利用差分放大电路实现三角波—正弦波的变换
波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示
图 2 三角波和正弦波得转换示意图
由图2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。
二
函数信号发生器各单元电路的设计
2.1方波产生电路图及元件参数的确定
2.1.1 方波产生电路 如图3所示
图 3 方波发生电路
2.1.2 元件参数的确定
图3中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。使产生的频率范围在10~~100Hz。方波振荡周期
T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。
C1的值可以改变电 R1=7K，R3=7K，R4=7K。
振荡频率 f = 1/T。可见，f与C1成反比，调整电容路的振荡频率。图中稳压管 D1 D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2。
2.2方波—三角波转换电路图及元件参数确定
2.2.1 方波—三角波转换电路 如图 4 所示
图 4 方波-三角波电路图
2.2.2 方波→三角波的参数确定
图4中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。运算放大器U1与电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。
图中R6在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以调节可变电容C2。
三角波部分参数设定如下：
对于输出三角波 其振荡周期
T =(4 R5 R6 C2)/ R3，f = 1/T。而要调整输出三角波的振幅，则需要调整可变电容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。
2.3正弦波参数电路及元件参数确定
2.3.1 正弦波参数电路 如图 5 所示
图 5 三角波-正弦波电路图
2.3.2正弦波的参数确定
.改变输入频率，是电路中的频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图5中当改变输入频率后，三角波与正弦波的幅度将发生相应改变。由于
振荡周期
T =(4 R5 R6 C2)/ R3，C2为调节三角波的幅度使UP-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波→正弦波的变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。
2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图
根据以上设计，画出方波-三角波-正弦波函数发生器电路图如图 6 所示。
图 6
方波-三角-正弦波函数发生器电路图
3、电路的仿真调试
3.1 利用Multisim软件画出电路图，模拟电路结果，观察各波形的输出。
3.1.1 方波、三角波产生电路的仿真波形如图7所示
图7 方波、三角波仿真图形
3.1.2 方波—三角波转换电路的仿真 如图 8 所示
图 8 方波—三角波仿真图形
3.1.3三角波—正弦波转换电路仿真
图
三角波—正弦波仿真图形
3.1.4 方波—三角波—正弦波转换电路仿真
图
方波—三角波—正弦波仿真图形
3.1.4结果分析
输出电压
方波信号接入示波器仿真，调节C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信号并接入三角波信号，调节C2，测得三角波峰峰值Upp=5 V；将正弦波信号接入示波器，调节R10，测得正弦波峰峰值Upp=3V。
第三篇：模电课程设计仿真 函数发生器
《模拟电路基础》课程设计
——函数发生器
指导教师： 学院； 学号： 姓名：
一．设计任务 要求：
设计一个正弦波信号发生器 设计一个方波信号发生器
设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器
指标： 频率：1kHz 幅度：正弦波大于10Vpp，方波10Vpp，三角波6Vpp。
二、电路原理
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。RC正弦振荡电路
起振条件：
F1A
振荡平衡条件：
AF1AF(2n1)π(n为整数)4个组成部分： 放大电路 选频网络 正反馈网络 稳幅网络 振荡频率
1f02RC
Fff0若时：
13
R2rDA13R1运放的放大倍数 方波信号发生器
滞回比较器：引入正反馈，产生振荡
RC电路：作为延迟环节和反馈网络，通过对电容的充放电实现两种状态的转换。
稳压管：输出需要的方波电压。
滞回比较器：
提高了比较器的响应速度，同时输出电压的跃变不是发生在同一门限电平上，具有抗干扰能力。同相输入端
反相输入端
方波信号发生器
当Ui
采用RC桥式正弦振荡电路产生正弦信号 正弦信号通过比较器电路产生方波 方波信号利用反相积分电路变换为三角波 通过开关选择需要的输出波形
总体电路
仿真结果
六、总结
本次电路图的设计符合要求。通过本次设计，对函数发生器的工作原理有了更好的理解，也对运算放大电路的使用有了进一步的认识，通过查阅资料，翻看教科书以及查看课件，做出了上面的函数发生器电路，并在仿真上进行测试，而且获得成功，达到了设计制定的标准，可以稳定的输出我们需要的波形。但是也有不足，真正的函数发生器可以对输出电压和输出频率进行调节，而本次所设计的电路并没有以上功能，所以还可以对电路进行优化，如把一些决定输出幅度的电阻或者电容做成可调节的电阻和电容。这样就可以对输出幅度和输出频率进行调节，这样的函数发生器才更适合我们用其进行电子技术实验。
第四篇：函数信号发生器课程设计报告.
漳州师范学院 《模拟电子技术》课程设计 函数信号发生器 姓 名： 学 号： 系 别： 专 业： 年 级： 指导教师： 2012年4月3日 函数信号发生器 摘要
利用集成电路LM324设计并实现所需技术参数的各种波形发生电路。根据电压比较器可以产生方波，方波再继续经过基本积分电路可产生三角波，三角波经过低通滤波可以产生正弦波。经测试，所设计波形发生电路产生的波形与要求大致相符。
关键词：波形发生器；集成运放；RC 充放电回路；滞回比较器；积分电路 目录
中文摘要..........................................................错误！未定义书签。1.系统设计........................................................................................4
1.1设计指标................................................................................................................................4 1.2方案论证与比较....................................................................................................................4 2.单元电路设计................................................................................5 2.1方波的设计............................................................................................................................5 2.2三角波的设计........................................................................................................................8 2.3正弦波的设计........................................................................................................................8 3．参数选择....................................................................................11 3.1方波电路的元件参数选择...................................................................................................11 4.系统测试......................................................................................11 4.1正弦波波形测试..................................................................................................................11 4.2方波波形测试......................................................................................................................11 4.3三角波波形测试..................................................................................................................12 5．结果分析....................................................................................12
6．工作总结....................................................................................12 7．参考文献....................................................................................13 8．附录............................................................................................13 1.系统设计 1.1设计指标 1.1.1 电源特性参数 ①输入：双电源 12V ②输出：正弦波V pp >1V，方波V pp ≈12 V，三角波V pp ≈5V，幅度连续可调，线性失真小。
1.1.2工作频率
工作频率范围：10 HZ～100HZ ,100 HZ～1000HZ 1.2方案论证与比较
1.2.1 方案1：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形
主要是应用集成运放LM324，其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的, 通过RC 文氏电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波, 并再次通过积分电路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。
1.2.2 方案2：采用集成运放电路设计方案产生要求的波形
主要是应用集成运放LM324, 其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的, 通过电压比较器可以形成方波, 方波经过积分之后可以形成三角波, 三角波再经过低
通滤波可以形成正弦波, 此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能, 电路较简单, 调试方便, 相比第一方案, 其操作成功率较低.2.单元电路设计 2.1方波的设计 2.1.1原理图
2.1.2工作原理
矩形波发生电压只有两种状态, 不是高电平, 就是低电平, 所以电压比较器是它的重要成分;因为产生振荡, 就是要求输出的两种状态自动地相互转换, 所以电路中必须引入反馈, 因为输出状态应按一定时间间隔交替变化, 即产生周期性变化, 所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间.图所示的矩形波放生电路, 它由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成.RC 回路既作为延迟环节, 又作为反馈网络, 通过RC 充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，反相输入端电位随时间t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时，Un 趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo 就从+Uz跃变为—Uz，与此同时Up 从+Ut跃变为—Ut。随后，Uo 又通过R3对电容C 反向充电，或者说放电。反相输入端电位Un 随时间t 增长而逐渐降低，当t 趋于无穷时，Un 趋于—Uz ；但是，一旦Un=—Ut, 再稍减小，Uo 就从—Uz 跃变为+Uz，与此同时Up 从—Ut 跃变为+Ut，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
图2.3滞回比较器的电压传输特性
2.2.2工作原理
积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测量
2.6方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放电过
程可以实现延时，定时以及各种波形的产生.积分电路还可用于延时和定时。在图2.3所示三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。.U O 3=-⎰ I C 1 =-U O 2dt C RC ⎰(式2.10
U O 3=-1 U O 2(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.11 式中 U O 2(t 0 为初始状态时的输出电压。设初始状态时U O 2正好从-U Z 跃变为 +U Z，则式2.10应写成 U O 3=-1 U Z(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.12 积分电路反向积分, U O 2随时间的增长线性下降，根据图2.4所示电压传输特性，一旦U O 2=U T-，再稍减小，U O 2将从+U Z 跃变为-U Z。使得式2.10变为
U O 3=-1 U Z(t 2-t 1+U O 2(t 1(R 4+R W C(式2.13 为 U O 2(t 1
U O 2 产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，U O 2 随时间的增
长线性增大，根据图2.3的电压传输特性，一旦U O 2=U T +，再稍增大, U O 2将从-U Z 跃变为+U Z，回到初态，积分电路又开始反向积分。
2.3正弦波的设计
2.3.1工作原理
采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。图中采用的是简单的二阶低通滤波电路，与同相输入端电路类似，增加RC 环节，可以使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值加大，电路如图所示。
输出三角波。三角波再经R10、C1积分网络，输出近似的正弦波。总的原理图
4C 3．参数选择
3.1方波电路的元件参数选择 3.2.1 稳压管
由于要求方波输出电压约等于12V，所以采用的稳压管的稳压约等于6V，所以应采用6.2V 的稳压管两支。
电容
库房里可以提供0.1uF 的电容，所以电路里都采用0.1uF 的电容，电阻
频率范围是10HZ ～100HZ ,100HZ～1000HZ, 根据公式f=R2/(4*R1*R3*C取 R1=2K R2=5K R3=100 RW1=5K Rw2=100K
经过公式计算后得到接近的电阻阻值，再把数据代入到仿真软件进行仿真调整，得到正确的波形图和数值。
4.系统测试 4.1方波波形测试
由于在电路图中方波的幅值约等于+12V，所以只要电路没有出现问题，阻值选择合适，那么波形就可以出来。
4.2三角波波形测试
同样保持电路完整，接入电源，通过调节RW1可改变三角波伏值及频率，通过调整RW2使电路的周期发生变化，同时频率也发生变化。
4.3正弦波波形测试
将电源电路接入变压器使双电源输出 12V，通过调节RW1、RW2可调节正弦波的峰峰值和频率。
5.结果分析
实验结果和预先所设定的参数存在一定的误差，其中跟元器件的选择参数有关，在电子仿真软件中的电阻参数在库房里没有相吻合的参数，其次在实验焊接过程中也可导致误差，库房所提供的电阻其本身误差较大，综合各方面的考虑，实验结果的误差不可避免，而制作出来的电路板所能出现的波形，在一定程度上会出现失真现象。
6.工作总结
在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由于电路比较简
单、定型，而不是真实的生产、科研任务，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。
在实验过程中收益最大的就是懂得如何去调试电路，查找电路的缺陷和看PCB 图，通过自己动手更能对电路有更深刻的了解。
7.参考文献 元件清单表 附录1 器件清单
附录2 原理图
4C 附录3 电子仿真 3.1输出方波电路的仿真 图 输出方波电路的仿真 3.2方波—三角波电路的仿真
3.3 正弦波电路的仿真 16 17
第五篇：函数信号发生器-课程设计2.
长 安 大 学 电子技术课程设计 课题名称 函数信号发生器 班 级 __******____ 姓 名 指导教师 *** 日 期
本次电子技术课程设计是指通过所学知识并扩展相关知识面，设计出任务所 要求功能的电路，利用计算机辅助设计的电路仿真，检测并调整电路，设计功能完整的电路图。我们所选择的课设题目是函数信号发生器。函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。
在资料收集后，将设计过程分为三部分：一是系统模块设计，设计电路的系统思想，设计出能满足电路功能的各个模块，画出系统的框图。二是针对各个模块分别设计电路的各个具体模块的具体电路，并且分别进行仿真和改进。三是将所有的模块综合在一起，画出系统总图，并用multisim 软件进行仿真，针对仿真过程中出现的一些问题仔细检查，对比各个方案的优点和缺点，选出最佳的方案，修改不完善的部分。
最后，对此次课程设计进行总结，反思自己在各个方面的不足，对设计方案中的各个思想进行归纳总结，比较各种方案的优缺点，总结每种设计方案的应用领域和使用范围，为以后得学习实践提供经验。最终提高我们的学习和动手能力。
前言……………………………………………………………………………2 摘要……………………………………………………………………………4
第一章 数信号发生器系统概述…………………………………………… 5 1.1总体设计方案论证及选择………………………………………… 5 1.2函数信号发生器总体方案框图…………………………………… 5 第二章单元电路设计分析………………………………………………… 6 2.1 信号发电路设计框图………………………………………………6 2.2方波发生电路……………………………………………………… 7 2.3方波——三角波转换电路………………………………………… 8 2.4三角波——正弦波转换电路……………………………………… 9 2.5.5数字显示输出信号频率和电压幅值…………………………… 11 第三章 电路的安装与调试………………………………………………… 15 3.1方波产生的结果………………………………………………… 15 3.2方波转换为三角波的结果……………………………………… 15 3.3三角波转换为正弦波的结果……………………………………… 16 3.4数字显示频率和幅值的结果……………………………………… 16 第四章 结束语……………………………………………………………… 17 参考文献…………………………………………………………………… 17 附录一 器件清单列表……………………………………………………… 18 附录二 总体设计图……………………………………………………… 18 收获及体会……………………………………………………………………19 鸣谢……………………………………………………………………………20
函数信号发生器
摘要：本实验中的信号发生器是根据555定时器构成多谐振荡器的原理来输出持续稳定的方波，再通过转换电路来实现波形变化。通过对信号发生器设计掌握555多谐振荡器产生占空比为1/2的方波，频率和振幅的调节；掌握电路转换的原理和实际电路图，如方波转换为三角波可通过简单积分电路或者通过带有放大器的积分电路来实现；三角波转换为正弦波可通过低通滤波器来实现，也可通过差分放大器的非线性来实现，或者通过折现法实现。本课题要求输出波形应有： 方波、三角形、正弦波。要完成此方案的方法有许多，既可以使用分立元件（如低频信号发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片集成电路函数信号发生器ICL8038）。本课题决定采用555定时器构成多谐振荡器产生方波，通过积分产生三角波，再通过低通滤波产生正弦波。设计中多用到数电和模电中的知识，以充分复习和应用自己已经学过的知识。
关键字：函数发生器 多谐振荡器 积分电路 低通滤波 峰值检波 设计要求：
1.信号频率范围1HZ ～100kHZ ；
2.输出波形应有： 方波、三角形、正弦波； 3.输出信号幅值范围0～10V ；
4.具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。♦ 第一章、函数信号发生器系统概述 ♦ 1.1 总体设计方案论证及选择：
方案一：通过RC 震荡电路产生正弦波，然后经过过零比较器，产生三角波，在通过积分电路产生方波。其中，RC 震荡电路为RC 桥式正弦振荡电路，然后通
过放大器构成过零比较器来实现方波的转换，在通过反向积分电路来实现方波到三角波的转化。
方案二：可以由晶体管、运放IC 等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC 产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。方案三：可以按照方波——三角波——正弦波的顺序来设计电路，其中，方波可以通过模电中的方波发生电路来产生，也可以通过数电中的555多谐振荡电路来产生，方波到三角波为积分的过程，三角波到正弦波可以通过低通滤波来实现，也可以利用差分放大器的传输非线性来实现或者通过折现法来实现。
可行性分析：
纵观以上N 种方案，对比如下，本着自己动手的观念，首先排除第二种用集成芯片的方法，因为这种方法对设计的要求太低；其次分析方案一可得其RC 桥式正弦震荡电路的占空比受R 和C 共同影响，调节频率时需要调节的元器件参数太多，比较繁琐，并且此震荡电路的频率也不是很好的满足设计的要求。所以综上所述，选择方案三来实现本次的课程设计：555多谐振荡器的频率很好计算和调节，并且输出的波形比较准确；波到三角波的转化可通过简单RC 积分电路来实现；角波到正弦波可通过简单RC 低通滤波器来实现也可通过折现法或者差分法来实现。分析方案得：各个不分的实现有多种办法，但也许理论上比较好的方法在实践中由于环境的种种原因可能并不是最好的，所以最终的方案的细节有待在试验仿真中作
进一步的确定。
♦ 1.2函数信号发生器总体方案框图
♦ 第二章、单元电路设计与分析 ♦ 2.1 信号发电路设计框图
2.2方波发生电路
2．2．1方案选择
方案一：占空比可调的矩形波放声电路（模电知识，通过比较器和积分电路来现）。
方案二：改进型555多谐振荡器电路（数电知识，利用555定时器和积分电路来实现）。
对比如上两个方案，方案一的频率性较差，并且输出电压受到稳压二极管的影响，输出电压幅值不能改变；而方案二频率调节理与方案一很是相似，但是方案二的频率表达式比较简洁，容易计算，而且方案二的输出电压幅值的改变可通过对
555定时器的供电的改变来实现，对于占空比，已对原始的多谐振荡器做了些许改动，能达到1/2的要求。综上，选择方案二。
555定时器的工作原理 ：555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图22.32所示。555定时器有二个比较器A1和A2，有一
个RS 触发器，R 和S 高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW 电阻组成的分压器，由此可以获得 和 两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。
参数计算：改进型多谐振荡电路主要改进了电容充电和放电的回路，使得回路的时间常数相同即可，再此引入二极管来分开充电和放电回路。
高电平，充电时间 T1=（R 3 +R5）Cln2=0.7（R 3 +R5）C 1 ； 低电平，放电时间 T2=（R 2 +R5）Cln2=0.7（R 2 +R5）C 1 ； 占空比 q= T1/（T1+T2）=（R 3 +R5）/（R 2 +R5）= 0.5 即要求R 3 = R 2 ； 所以方波周期T= T1+T2=0.7（（R 3 + R2 + 2R5）C 1）；
振荡频率 f=1/T=1.44/（（R 3 + R2 + 2R5）C 1）；
经过计算，选取C1为200nF，R 3 = R2 =10欧姆。当R5最大时，频率即为1HZ（根据仿真结果），此时
f=1=1.44/（（10+10+2R5）*200*10E（-9））取 R5 =1M欧姆即可； f=100k=1.44/（（10+10+2R5）*200*10E（-9））取R 5=0时，f>100k； 综上，取 R5 =1M欧姆即可满足频率范围的要求。
2.3方波——三角波转换电路原理图 由积分电路构成方波—三角波产生电路，方波经反向积分电路积得到三角波。方案一：简单的积分电路（由电阻和电容构成）。
方案二：带有放大器的积分电路（由放大器和电阻电容构成）。
对比如上两个方案，在方波的频率改变的情况下，都需改变充电电容，因为方波频率变大时，要求积分时间短，即电容的容量要小，以达到快速充电的要求，否则波形失真；当方波频率变小时，要求积分时间要长，这时增大电容的容量，否则将产生梯形式的方波。两个方案相对没有理论上的优劣，现选择方案一。
原理：输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。
电路结构如图，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
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。本课题采用RC 积分电路来产生三角波。
此部分的参数不需要具体的计算，可以在仿真实验中具体的连续调节，来找到最合适的电容大小。总之频率变大，调节电容变小；频率变小，调节电容变大即可。2.4三角波——正弦波转换电路原理图
方案选择：
方案一：低通滤波电路（通过简单ＲＣ电路来实现）。
方案二：利用差分放大电路的传输曲线（差分放大器的非线性传输曲线）。
方案三：通过折线法来实现。
对比如上方案：
方案一利用低通滤波器将三角波变换成正弦波，将三角波按傅里叶级数展开
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。当然，也可以利用带通滤波器实现
上述变换；
方案二利用差分放大器的非线性传输曲线来实现，具体原理如下图所示：
方案三的电路连接比较复杂，而且需要的元器件也比较多，调试也比较不方便。
综上所述，及根据试验的结果来看，方案二和方案三的结果波形并不理想，而且调节繁琐，故选择方案一来实现三角波到正弦波的转换。
2.5数字显示输出信号频率和电压幅值 2.5.1基于OP37的峰值检波系统 调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是对于普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边带调制信号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直接采用二极管包络检波。
本次课设采用OP37来进行峰值检波。11 2.5.2数码管显示电压
AD 转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。逐次比较型（如TLC0831）
逐次比较型AD 由一个比较器和DA 转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB 开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA 转换器输出进行比较，经n 次比较而输出 数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低。2.5.3对于频率计测频率的方案如下：
方案一：利用做课程设计三题同学的设计电路，完成本次频率设计的要求。方案二：利用VHDL 设计频率计并用quartusII 进行仿真。
本要求并不是此题目的重点，选择方案一相对省时省力，故我们选择方案一。13
♦ 第三章 电路的安装与调试 ♦ 3.1 方波产生的结果
（555定时器构成多谐振荡器产生的方波）♦ 3.2 方波转换为三角波的结果
（积分电路产生的三角波）15 ♦ 3.3 三角波转换为正弦波的结果
（二阶低通滤波器产生的正弦波）♦ 3.4 数字显示频率和幅值的结果
♦ 第四章 结束语
函数信号发生器是本次课程设计的较难的一个题目，经过十天的团队合作，我们勉强完成了本课题所需要求。本设计最大的特色就是信号发生流程相对简单明了，易于理解。但是，它的难度：电路对各元件的参数选择要求比较高，调整波形相对而言不方便。这些问题仅是受我们自身条件的限制，以及时间有限，还没能完美解决。直接数字频率合成器也就是DDS 却可以很好解决这个问题。在过程中尝试了一下，从理论到实际操作，虽然还有一段距离，但是，可以肯定，这是一个很不错的解决方法。
♦ 参考文献
1林涛•《数字电子技术基础》•清华大学出版社•2006年6月•（ISBN 978-7-302-12064-3）
2林涛•《模拟电子技术基础》•重庆大学出版社•2004年12月•(ISBN 7-5623-2831-X/TN•70
3黄志伟•全国大学生电子设计竞赛•北京航天航空大学出版社•2007年2月（ISBN978-7-81077-983-8）
4赵文博•新型常用集成电路速查手册•人民邮电出版社•2006年1月（ISBN7-115-13821-4/TN•2578）
5王伊娜•Multisim8•国防工业出版社•2006年6月•（IBSN7-11804542-X）6.杨刚 周群 电子系统设计与实践 2005年1月 电子工业出版社（ISBN7-5053-9593-9）
7.谢自美 电子线路设计，实验，测试 2006年8月 ♦ 元件清单列表
总体框图：（波形发生器）
（显示模块）收获及体会
课程设计已悄然走到了尾声，回顾此次课设，感慨颇多。的确，从选题到定稿，从理论到实际，在这短短的日子里，可以说是苦多于乐。但是，通过自己动手，学到了许多，不仅巩固了以前很学的，也同时扩展了相关的知识面。
我们拿到课题，想利用555定时器解决波形输出，从各方面来看，利用数模电的思想完成此的设计，颇具优势。
然而，我们在设计和仿真过程中遇到许多困难，包括仿真元件的缺失，对于元件参数的不了解，导致无法选型，面对这些困难，我们查阅了相当多的资料，包括查阅了些许元件的datasheet。我们做电子课程设计，最重要是在自己已接触的知识的基础上扩展，巩固所学，从而创新！我们使用单片机既不得心应手，反而还失去了这次课程的意义。
在我们集体认识课程设计的重要思想后，我们决定用数模电的思路，利用555定时器和其他基本元器件组成合适电路 在电路的设计过程中，三角波转换为正弦振荡电路是其中比较有难度的一部分。第一次做，难免困难重重，主要是模电知识点的应用不灵活，到实际中，无法确定具体元件的参数，具体的计算到实际电路中显得无从下手，实际电路图较原理图更加的不好理解，这是自己的缺点，在以后要重点练习弥补。
最后，我感觉通过具体的实践，自己动手，深刻感知了实践的重要性，明白了理解和应用还是有所不同的，我们应该朝着更高的要求即灵活的应用去努力。
鸣谢
感谢杨兆辉老师，邓秋霞老师的悉心指导，老师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力、活跃的思想、以及平易近人的师长风范，也使我们受益匪浅。值此论文完成之际，谨向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。同样感谢我的同
组同学和其他的老师和同学们，感谢你们的无私帮助，成功不是属于一个人的，而是属于大家的。
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