函数信号发生器课程设计

第一篇：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。

第二篇：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

第三篇：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。

评 语 评阅人： 日期： 21

第四篇：函数信号发生器课程设计.

模

拟 电 路 课 程 设 计 报 告

中原工学院

（2012年6月24日）

目录

1、课程设计的任务、要求及步骤

2、设计方案的选择

3、电路设计主要的技术指标

4、函数信号发生器电路原理分析

5、函数信号发生器元件参数的选择

6、函数信号发生器的安装和调试

7、课程设计的过程中遇到的问题及解决方法

8、课程设计的仿真

9、试验评价与问题分析

10、课程设计的心得和体会

11、附录

姓 名 班级 题函数信号发生器

目

设计一函数信号发生器，设能输出方波和三角波两种 计波形

任 1．输出为方波和三角波两务 种波形，用开关切换输出；

学号

学院

电子信息学院

时间进度原

始 参资 考料 文和 献

2．输出电压均为双极性； 3．输出阻抗均为50Ω； 4．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。

5．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。

18周 星期一布置设计方案，预设计。18周 星期二领设备、安装

18周 星期三至周四安装、调试教师检查

18周 星期五、六、日写设计报告 电子技术基础（模拟部分）模拟电子技术课程设计指导书 电子技术基础实验指导书

主 要

一、课程设计的任务、要求及步骤 1.设计任务

a.输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出； b.输出电压均为双极性； c.输出阻抗均为50Ω；

d．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。

e．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。2.设计要求

a.电路原理图绘制正确（或仿真电路图）； b.掌握EWB仿真软件的使用和电路测试方法； c.电路仿真达到技术指标。

d.完成实际电路，掌握电路的指标测试方法； e.实际电路达到技术指标。

f.原理图（草图）要清楚，标注元件参数

g.正式原理图、接线图： A4打印EWB画图。

h.要求用统一格式封面；

i.使用中原工学院课程设计报告专用纸。j.图要顶天立地，均匀分布，合理布局

3、设计步骤

a.原理了解，清楚设计内容。

b.原理及连线图绘制，仿真结果正确。

c.安装实际电路。

d.调试，功能实现。

e.教师检查及答辩。

f.完成设计报告。

2、设计方案的选择

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，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与二阶低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器

3、电路设计主要的技术指标

1.输出为方波和三角形两种波形，用开关切换输出；

2.输出电压均为双极性； 3.输出阻抗均为50Ω

4.输出为方波时输出电压峰值为0—5V可调，输出信号频率为200Hz—2KHz可调。

5.输出为三角波时输出电压峰值为0—5V可调，输出信号频率为200Hz—2KHz可调。

4、函数信号发生器电路原理分析

方波产生电路原理图如下：

原理分析： 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通过电阻对电容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-UT。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，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Uz再减小，UO就从-Uz跃变为+Uz，UO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。

三角波发生器的原理图如下：

在三角波信号发生器电路原理上增加了一级放大器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗阻抗为50Ω.工作原理：

如图所示，在电路的左边为同相滞回比较器，右边为积分运算电路。同相滞回比较器的输出高低电平分别为Uoh=+Uz，Uol=-Uz 积分运算电路的输出电压uo作为输入电压，A1同乡输入端的电位 Up1=uo1·R1/(R1+R2+R6+Uo·(R2+R6/(R1+R2+R6 令Up1=Un1=0，并将uo1=±Uz带入得

±Ut=±Uz·R1/(R2+R6 电路的振荡原理

合闸通电，通常C 上电压为0。设Uo1↑→ Up1↑→ Uo1↑↑，直至Uo1 ＝ Uz；积分电路反向积分，t↑→ Uo↓，一旦Uo过－ Ut，Uo1从＋ Uz跃变为－ Uz。积分电路正向积分，t↑→ Uo↑，一旦Uo过

＋ Ut，Uo1从－ Uz跃变为＋ Uz，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为Uo1/(R3+R7，使得U0在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。

主要参数估算： 1振荡幅值

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·R1/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 振荡周期

在图3中，在振荡的二分之一周期内，起始值为—Ut，终了值为+UtUt=Uz·T/2·1/R3·C-Ut

得到T=4·R1·(R3+R7·C/(R2+R6

积分器的输出Uo=—1/（R3+R7）·∫Uo1dt Uo1=+Vcc时，Uo2=—（+Vcc）·t/(R3+R7·C1

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。

图4 方波—三角波的波形变换

比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波——三角波，三角波的幅度为

Uo2=Vcc·R1/(R3+R7 方波——三角波的频率为

f=(R2+R6/4R1(R3+R7 所以有以下结论：

1.电位器R7在调节方波——三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度，若要求输出频率的范围较宽，可用C1改变频率的范围，R7实现频率微调。

2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc,三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc,电位器Rf2可实现幅度微调，但会影响方波——三角波的频率。

五、方波三角波函数信号发生器元件参数的选择

1、方波信号发生器元器件及参数的选择

a.运算放大器的选择

根据指标要求，主要采取双电源、通用、无需调零型运放，可选择741，在这次设计里选择的是358.b.电源电压的选择：选择电源电压15V左右。

c.稳压二极管的选择：考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值约为10V的稳压管，例如1N4007等。

d.频率参数的选择：输出信号的频率为200~2KHZ可调，决定信号频率的元件为Rf1、Rf2、C、R2、R1.可取R1/R1+R2 =0.47则f=1/2(Rf1+Rf2C,即得R1=4.7KΩ,R2=5.1KΩ电容可取1uF以下的，Rf可以取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择Rf2为电位器。Rf2最小时，应有f=1/2RfC=1/2Rf1C=2000HZ,Rf2最大时，应该有f=1/2RfC=1/2(Rf1+Rf2C=200HZ。若取C=0.033uF,计算出Rf1=7.6KΩ,Rf2=68.4KΩ。

e.幅度参数选择：输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号的幅度元件为R4、R5的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以要使R5是R4的一半，达到降压的目的，选择R4=10KΩ,R5=4.7KΩ的电位器。

2、三角波信号发生器元器件及参数的选择 a.运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择 同方波发生器的选择相同 b.频率参数的选择：

输出信号的频率为200-2KHZ可调，决定信号频率元件为R7、R4、C、R1、R2。f=R2/4R1(R4+R7C

可取R1/R2=1则f=1/4(R4+R7C。

取R1=10KΩ，R2=10KΩ,则U0m=Uz，电容可取1uF以下的，R4+R7可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择R7

为电位器。R7最小时f=1/4R4C=2000HZ, R7最大时，应有f=1/4(R4+R7C =200HZ.若取C=0.033uF，计算出R7=72.8KΩ，R4=3.3KΩ。c.幅度参数选择：

输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号幅度的元件为R8、R9的参数。由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以R9是R8的一半，达到降压的目的，选择R8=10KΩ，R9=4.7KΩ的电位器。

六、方波三角波函数信号发生器的安装和调试

1.安装

a.将358集成块插入插槽，注意布局。

b.分别把各电阻放在合适的位置尤其注意电位器的结法。c.按图连线，注意直流源的正负及接地端。2.调试方波三角波产生电路 a.接入电源后用示波器进行观察

b.调节Rf2观察方波频率变化情况，调节R5观察方波的幅值，使幅值达到规定的数值。

c.调节R7观察三角波频率变化，调节R9观察幅值变化，使之达到规定数值。3.记录调试数值

方波：调节电位器Rf5在示波器上读取测量f（最小值）=195HZ.f（最大值）=1950HZ。幅值=4.8v。

三角波：调节电位器R7在示波器上读取f（最小值）=190HZ,f（最大值）=1980HZ

在实验读取误差允许的范围内，符合实验要求。

七、课程设计中遇到的问题及解决方法

1.排版时因为两个

741在一起，使设计的图与现实的连接图有一些不一样，排版需要重新画出连接图；

2.排版时器件不是太挤就是太宽，导致不好焊接。这个我想是因为我们是第一次做所以没经验，相信下次排版一定不会出现这种问题；

3.焊接时器件不好固定，在焊时容易掉。因此焊接时先焊高度比较低的仪器，如电阻等；

焊接时由于没有经验，也为了方便，我们在板的背面用了好多引脚，而不是只用电线再正面，导致板面很美观，今后焊接一定会注意到这点

8、方波三角波产生电路的仿真

方波电路图如下：

三角波电路图如下

方波—三角波总电路原理图如下

方波仿真图：

三角波仿真图：

PCB封装图：

九、实验评价与问题分析

1、理论知识掌握尚不牢固

由于对模拟电子技术课程的学习不扎实，导致了在对课程设计函数发生器原理的理解上存在困难。例如不能弄清楚部分电阻与电容在电路中的所起的作用。另外由于知识面较窄，有部分元件的工作原理未能够理解。由于对安全知识的缺乏，本次实验过程，还存在对调试重要性认识不够的问题。我们在制作完成函数信号发生器后，没有进行检查。

2、缺乏锻炼，焊接技艺不娴熟

由于我们平时基本未能够接触到焊接，所以在本次实验中显得经验不足。存在了电烙铁操作不正确，焊接过程浪费了较多焊锡，元件焊接不美观等问题。焊接过程中电烙铁多次碰到了电线、塑料等易燃品，所幸发现及时，未损坏物品，未造成危险；剪引脚时方法不正确导致剪断的引脚射出。

3、课题设计时的参数选择不当，有些电阻过大或是过小，造成了结果的偏差；

4、所领的元器件跟仿真时的的参数不完全相同，元器件的标称值与实际的不符；

5、所用的仪器和所处的环境对课题结果有干扰；

6所有的元器件都是用电烙铁给烙上去的，在烙的时候温度会上升会影响电路的性能；

7、自己的焊接技术不好，在工艺上无形的改变了某些参数，对电路造成了许多的影响。

8、问题的解决：在动手制作之前，应当详细复习相关知识，了解用函数发生器的工作原理，认真学习焊接技巧。实验前做好实验计划，提高工作效率。务必注意重视制作过程中的安全问题，电烙铁温度较高不可触碰到电线，因此在进行焊接之前应当整理好桌面。

十、课程设计的心得和体会

“实践是检验一切真理的唯一标准”，我想这句话不仅仅在中国社会主义建设上是正确的，也是同样适用于学习的过程。模拟电子技术是和我们日常生活关系相当密切的，在这学期学习完成该课程后，我便了解到了其对用电器的重要性。同时，我们也渴望将自己所学的知识运用到现实生活中，渴望拥有自己制作的用电器，渴望成功之后的喜悦。当然，最重要的是自己动手制作可以让我们更透彻地掌握课本的知识，提高我们的动手能力

通过本次课程，我了解到了自己在理论知识方面的许多不足。对于课本的知识点，只是表面的认知，并不能够运用自如。其次，自己动手能力差，未能娴熟掌握焊接技巧。通过此次课程，我也充分认识到了安全问题的重要性。此外，在此次课程中，让我感受最深的一句话

是：好的计划是成功的一半。如果我不做任何计划便开始动手的话，工作起来效率较低。

这次课程，不但是一次学习知识的机会，更是一次多方面提高自我素质的机会。我学会了如何提高效率和搭档进行分工合作。一个个的非知识性问题摆在了我的面前。这些我们从课本是学不到的，但对于我们自身来讲确是相当重要的。总之这次的实习让我受益匪浅！

11、附录

参考资料

1.电子技术基础（模拟部分）康华光 高等教育出版社 2.模拟电子技术基础 童诗白 华成英 高等教育出版社

3.模拟电子技术课程设计 电气工程系 中原工学院电子电工教研室 4.电子线路课程设计 华永平东南大学出版社

5.电子技术基础实验与课程设计 高吉祥 电子工业出版社 6.电工电子技术实习与课程设计 华容茂 电子工业出版社

7.模拟电子技术课程设计指导书 李晓荃 LM358资料：

元件清单：

类型 电阻 1K 4.7 K 6..8 K 5.K1 470 滑动变阻器3.3 K 4.7 K 芯片

规格 10K

4个 2个 1个 1个 1个 68 K

1个 1个 LM358

数量 备注 4个

1个

2块

核心插槽 电容 二极管 Pc板 导线 锡丝 电源 示波器

8管脚 0.033uF 1N4047A 110*70 多股皮包线

0.8mm

1块

2只 4只 1块

若干

若干

1台

1台

稳压管

直流稳压 双踪

实际焊接效果图

第五篇：函数信号发生器设计

函数信号发生器设计设计任务与要求

⑴ 设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数发生器，本信号发生器可以考虑用专用集成芯片（如5G8038等）为核心实现。⑵ 信号频率范围： 1Hz∽100kHz；

⑶ 频率控制方式：

① 手控通过改变RC参数实现；

② 键控通过改变控制电压实现；

③ 为能方便地实现频率调节，建议将频率分档；

⑷ 输出波形要求

① 方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间；② 非线性误差≤2%；

③ 正弦波谐波失真度≤2%；

⑸ 输出信号幅度范围：0∽20V；

⑹ 信号源输出阻抗：≤1Ω；

⑺ 应具有输出过载保护功能；

⑻ 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。