第一篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 開題報(bào)告

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告

題目

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

專 業(yè) 名 稱

電子信息工程

班 級(jí) 學(xué) 號(hào)

118501106

學(xué) 生 姓 名

蔡偉攀

指 導(dǎo) 教 師

鄧洪峰

填 表 日 期

201年 3 月 日

說

明

開題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個(gè)專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。

一、選題的依據(jù)及意義

1.選題依據(jù)

信號(hào)發(fā)生器（signal generator）又稱信號(hào)源或振蕩器，是輸出供給量，產(chǎn)生頻率、幅度、波形等主要參數(shù)都可調(diào)的信號(hào)，用于測(cè)量的信號(hào)發(fā)生器指的是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則的信號(hào)源，在電子系統(tǒng)的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)、校準(zhǔn)和維護(hù)中的得到廣泛的應(yīng)用。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波甚至任意波形，各種波形曲線均可用三角函數(shù)方程式表示。如在制作和調(diào)試音頻功率放大器時(shí)，就需要人為的輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào)，才能測(cè)量功率放大器的輸出，得到功率放大器的相關(guān)參數(shù)，此時(shí)要用到的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào)就是由信號(hào)發(fā)生器提供的，可見信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用很廣。信號(hào)發(fā)生器其作用是：測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性、相頻特性；測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)響應(yīng)；測(cè)量接收機(jī)；測(cè)量元件參數(shù)等。

信號(hào)源可以分為通用和專用兩種，通用信號(hào)源包括:正弦信號(hào)源、脈沖信號(hào)源、函數(shù)信號(hào)源、高頻信號(hào)源、噪聲信號(hào)源；專用信號(hào)源包括：電視信號(hào)源、編碼脈沖信號(hào)源。信號(hào)發(fā)生器根據(jù)輸出波形可以分為：正弦信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器和噪聲信號(hào)發(fā)生器。

（1)正弦信號(hào)發(fā)生器

主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按照其不同性能和用途還可以分為低頻（20Hz~10MHz）信號(hào)發(fā)生器、高頻（100kHz~300MHz）信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、掃頻和程控發(fā)生信號(hào)發(fā)生器、頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。

（2）函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器

能產(chǎn)生特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)，頻率范圍可以從幾微赫茲到幾十兆赫茲。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。

（3）脈沖信號(hào)發(fā)生器

能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號(hào)來測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。

（4）隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器

通常又分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩種。噪聲信號(hào)發(fā)生器的主要用途為：在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)性能；外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測(cè)定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)行誤差，可用偽隨機(jī)信號(hào)來解決。

信號(hào)發(fā)生器按照用途分可以分為專用信號(hào)發(fā)生器和通用信號(hào)發(fā)生器等；按照性能有普通信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器；按照調(diào)制類型可以分為調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、調(diào)相信號(hào)發(fā)生器、脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生器及組合調(diào)制發(fā)生器等；按照頻率調(diào)節(jié)方式可以分為掃頻信號(hào)發(fā)生器、程控信號(hào)發(fā)生器等。

傳統(tǒng)的波形發(fā)生器大多是采用分立元件組成的，這種電路存在波形質(zhì)量差、控制難、可調(diào)范圍小、電路復(fù)雜和體積大等特點(diǎn)，特別是對(duì)于低頻信號(hào)而言，這些問題更是突出。而用單片機(jī)構(gòu)成的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以克服這些問題，還能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形，而且波形的幅度和頻率都是可以改變的。

2.選題意義

函數(shù)發(fā)生器是電子電路等各種實(shí)驗(yàn)中必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一，設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器是一個(gè)很好的選題，因此我們要熟悉的掌握它的工作原理。本課題是研究設(shè)計(jì)一個(gè)基于51單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，和其他方案的設(shè)計(jì)比起來成本較低而且精度較高，最重要的是開發(fā)起來簡(jiǎn)單易于調(diào)試，相對(duì)來說具有一定程度的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在如今的社會(huì)，電子科技發(fā)展猛速，社會(huì)依靠電子科技有了本質(zhì)的改變，人們的價(jià)值觀和需求也在改變，因此基于單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器會(huì)越來越進(jìn)入我們的使用范圍。

二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）

以前，信號(hào)發(fā)生器全部屬于模擬方式，借助電阻電容，電感電容、諧振腔、同軸線作為振蕩回路產(chǎn)生正弦或其它函數(shù)波形。頻率的變動(dòng)由機(jī)械驅(qū)動(dòng)可變?cè)珉娙萜骰蛑C振腔來完成，往往調(diào)節(jié)范圍受到限制，因而劃分為音頻、高頻、超高頻、射頻和微波等信號(hào)發(fā)生器。隨著無線電應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，針對(duì)廣播、電視、雷達(dá)、通信的專用信號(hào)發(fā)生器亦獲得發(fā)展，表現(xiàn)在載波調(diào)制方式的多樣化，從調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相到脈沖調(diào)制。

后來，數(shù)字技術(shù)日益成熟，信號(hào)發(fā)生器絕大部分不再使用機(jī)械驅(qū)動(dòng)而采用數(shù)字電路，從一個(gè)頻率基準(zhǔn)由數(shù)字合成電路產(chǎn)生可變頻率信號(hào)。調(diào)制方式更加復(fù)雜，出現(xiàn)同相/正交調(diào)制至寬頻數(shù)字調(diào)制。數(shù)字合成技術(shù)使信號(hào)發(fā)生器變?yōu)榉浅］p便、覆蓋頻率范圍寬、輸出動(dòng)態(tài)范圍大、容易編程、適用性強(qiáng)和使用方便的激勵(lì)源。過去測(cè)量1GHz以上的射頻和微波元部件需要幾個(gè)信號(hào)要手動(dòng)操作，現(xiàn)在一臺(tái)高檔信號(hào)發(fā)生器可提供1MHz至65GHz的帶寬，而且全部程控操作，從實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)式，生產(chǎn)車間的便攜式至現(xiàn)場(chǎng)的手持式應(yīng)用都有大量信號(hào)發(fā)生器可供選擇。特別是微處理器的出現(xiàn)，更促使了信號(hào)發(fā)生器向著智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。

現(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器除帶有微處理器，因而具備了自校、自驗(yàn)、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能外，還帶有IEEE-488或RS232總線，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測(cè)量?jī)x器儀器方便地構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。目前比較讓大家熟悉的發(fā)生器有這么一些，如正弦信號(hào)發(fā)生器、低頻和高頻信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、鎖相信號(hào)發(fā)生器和合成信號(hào)發(fā)生器等等。

正弦信號(hào)發(fā)生器：正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā)生器；按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器（即信號(hào)源）、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器（輸出功率能準(zhǔn)確地衰減到-100分貝毫瓦以下）和功率信號(hào)發(fā)生器（輸出功率達(dá)數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生器、掃頻式信號(hào)發(fā)生器、程控式信號(hào)發(fā)生器和頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。

低頻信號(hào)發(fā)生器：包括音頻（200～20000赫）和視頻（1赫～10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。

高頻信號(hào)發(fā)生器：頻率為100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號(hào)發(fā)生器。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。

微波信號(hào)發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺(tái)可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡(jiǎn)易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再?gòu)暮箅S衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值；還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測(cè)試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。

鎖相信號(hào)發(fā)生器是由調(diào)諧振蕩器通過鎖相的方法獲得輸出信號(hào)的信號(hào)源。這類信號(hào)發(fā)生器頻率的精度和穩(wěn)定度很高，但要實(shí)現(xiàn)快速和數(shù)控比較困難，同時(shí)輸出信號(hào)的頻率分辨率較差。實(shí)現(xiàn)高分辨率的信號(hào)發(fā)生器，采用鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)有一定的難度，尤其是覆蓋低頻和高頻的信號(hào)發(fā)生器采用鎖相實(shí)現(xiàn)比較困難。

合成信號(hào)發(fā)生器是采用頻率合成方法構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器。合成信號(hào)發(fā)生器中使用一個(gè)晶體參考頻率源，所需的各種頻率都由它經(jīng)過分頻、混頻和倍頻后得到的，因而合成器輸出頻率的穩(wěn)定性和精度與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)頻率合成技術(shù)都使用這種合成方法。這類信號(hào)發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定度高、分辨率高、輸出信號(hào)頻率范圍寬、頻率易于實(shí)現(xiàn)程序控制、可以實(shí)現(xiàn)多種波形輸出及頻率顯示方便等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率、高頻率精多功多用自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

我國(guó)已經(jīng)開始研制函數(shù)信號(hào)波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。但總的來說我國(guó)的函數(shù)信號(hào)波形發(fā)生器還沒有形成真正的產(chǎn)業(yè)。就目前國(guó)內(nèi)的成熟產(chǎn)品來看，多為一些PC儀器插卡，獨(dú)立的儀器和VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且我國(guó)目前在函數(shù)信號(hào)波形發(fā)生器的種類和性能都與國(guó)外同類產(chǎn)品存在較大的差距，因此加緊對(duì)這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。

三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案

1.研究?jī)?nèi)容：

（1）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：利用51單片機(jī)作為控制電路和DAC0832芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換構(gòu)成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。使得電路能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波和梯形波。同時(shí)對(duì)幅度和頻率進(jìn)行相應(yīng)的控制。

（2）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：在本次設(shè)計(jì)中要用到Altium Designer軟件進(jìn)行PCB制圖，然后編寫程序要在Keil C51環(huán)境中編譯，再把程序?qū)隨TC89C51芯片中，最后利用示波器觀察所要得到的波形結(jié)果。

2.實(shí)驗(yàn)方案：

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。這次設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器由單片機(jī)（STC89C51）作為主控制電路，和DAC0832芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換構(gòu)成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。另外由復(fù)位電路、穩(wěn)壓電源控制電路、整流部分、波形放大電路、按鍵控制部分、LCD液晶顯示電路等構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如下圖所示：

系統(tǒng)組成框圖

波形由所編程序控制產(chǎn)生，由單片機(jī)為核心控制電路，向D/A的輸入端按照一定的規(guī)律傳送數(shù)據(jù)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再由DAC0832的輸出端輸出信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換電路運(yùn)算放大器LM324得到不同的波形。通過程序和按鍵控制部分來選擇波形的類型、調(diào)制波形的幅度和頻率。最后在LCD1602上顯示波形的類型及數(shù)值。

四、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度

1.研究目標(biāo)：

（1）設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器，利用51單片機(jī)作為控制電路，使該函數(shù)發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波、梯形波。

（2）使用同一按鍵選擇五個(gè)波形，依次輸出。要求幅度范圍控制在0~5V,正弦波的頻率范圍控制在10~50Hz，步進(jìn)值為10Hz；三角波的頻率范圍控制 在50~250Hz，步進(jìn)值為50Hz；方波的頻率范圍控制在200~1000Hz，步進(jìn)值為200Hz；鋸齒波的頻率范圍控制在100~500Hz,步進(jìn)值為100Hz；梯形波的頻率范圍控制在50~250Hz,步進(jìn)值為50。（3）輸出波形的同時(shí)實(shí)物上的LCD第一行顯示內(nèi)容為：

輸出正弦波時(shí)顯示：Sine Wave；

輸出三角波時(shí)顯示：Triangle Wave；

輸出方波時(shí)顯示：Square Wave；

輸出鋸齒波時(shí)顯示：Sawtooth Wave；

輸出梯形波時(shí)顯示：Trapezoidal Wave；

第二行顯示內(nèi)容為：Frequency: *** Hz。

2.主要特色：

設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器功能比較齊全能輸出幾種波形、性能高、波形精度高失真小、電路結(jié)構(gòu)框圖較簡(jiǎn)單，容易調(diào)試和操作，使用程序控制單片機(jī)使得修改起來方便。

3.工作進(jìn)度：

1.完成外文資料翻譯 第1周——第2周 2.上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，完成開題報(bào)告，確定設(shè)計(jì)方案 第3周——第4周 3.完成軟硬件設(shè)計(jì) 第5周——第6周 4.進(jìn)行軟硬件調(diào)試 第7周——第9周 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿 第10周——第13周 6.修改和完善畢業(yè)論文 第14周——第15周 7.提交畢業(yè)論文準(zhǔn)備論文答辯 第16周——第17周

五、參考文獻(xiàn)

[1] 江志紅.51單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)案例精選[M].北京:清華大學(xué)出版社.2008.12.[2] 臧春華,邵杰,魏小龍.綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出社.2009.11.[3] 王松武,于鑫,武思軍.電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社.2005.1.[4] 寧武,唐曉宇,閆曉金.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本技能指導(dǎo)[M].北京:電子工業(yè)出社.2009.5.[5] 馬玉麗,康麗娟.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器制作方法的比較與分析［J］.青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué) 報(bào).2007,28(2):34～37.[6] 張少輝.基于DDS技術(shù)構(gòu)建信號(hào)發(fā)生器［J］.中國(guó)科技信息.2007,(1):94～96.[7] Qiu Hui taught you how to learn 51 SCM Beijing: Electronic Industry Press [M].2009.1.[8] Zhaoquan Li, Xiao Xingda Principles and Applications Guide(second edition)[M] Beijing: Mechanical Industry Press.2010.1.

第二篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)報(bào)告.

漳州師范學(xué)院 《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 年 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2012年4月3日 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 摘要

利用集成電路LM324設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)所需技術(shù)參數(shù)的各種波形發(fā)生電路。根據(jù)電壓比較器可以產(chǎn)生方波，方波再繼續(xù)經(jīng)過基本積分電路可產(chǎn)生三角波，三角波經(jīng)過低通濾波可以產(chǎn)生正弦波。經(jīng)測(cè)試，所設(shè)計(jì)波形發(fā)生電路產(chǎn)生的波形與要求大致相符。

關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器；集成運(yùn)放；RC 充放電回路；滯回比較器；積分電路 目錄

中文摘要..........................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)........................................................................................4

1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)................................................................................................................................4 1.2方案論證與比較....................................................................................................................4 2.單元電路設(shè)計(jì)................................................................................5 2.1方波的設(shè)計(jì)............................................................................................................................5 2.2三角波的設(shè)計(jì)........................................................................................................................8 2.3正弦波的設(shè)計(jì)........................................................................................................................8 3．參數(shù)選擇....................................................................................11 3.1方波電路的元件參數(shù)選擇...................................................................................................11 4.系統(tǒng)測(cè)試......................................................................................11 4.1正弦波波形測(cè)試..................................................................................................................11 4.2方波波形測(cè)試......................................................................................................................11 4.3三角波波形測(cè)試..................................................................................................................12 5．結(jié)果分析....................................................................................12

6．工作總結(jié)....................................................................................12 7．參考文獻(xiàn)....................................................................................13 8．附錄............................................................................................13 1.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)指標(biāo) 1.1.1 電源特性參數(shù) ①輸入：雙電源 12V ②輸出：正弦波V pp >1V，方波V pp ≈12 V，三角波V pp ≈5V，幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。

1.1.2工作頻率

工作頻率范圍：10 HZ～100HZ ,100 HZ～1000HZ 1.2方案論證與比較

1.2.1 方案1：采用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生要求的波形

主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的, 通過RC 文氏電橋可產(chǎn)生正弦波，通過滯回比較器能調(diào)出方波, 并再次通過積分電路就可以調(diào)試出三角波，此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能，電路較簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，是一個(gè)優(yōu)秀的可實(shí)現(xiàn)的方案。

1.2.2 方案2：采用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生要求的波形

主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324, 其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的, 通過電壓比較器可以形成方波, 方波經(jīng)過積分之后可以形成三角波, 三角波再經(jīng)過低

通濾波可以形成正弦波, 此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能, 電路較簡(jiǎn)單, 調(diào)試方便, 相比第一方案, 其操作成功率較低.2.單元電路設(shè)計(jì) 2.1方波的設(shè)計(jì) 2.1.1原理圖

2.1.2工作原理

矩形波發(fā)生電壓只有兩種狀態(tài), 不是高電平, 就是低電平, 所以電壓比較器是它的重要成分;因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩, 就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換, 所以電路中必須引入反饋, 因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定時(shí)間間隔交替變化, 即產(chǎn)生周期性變化, 所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間.圖所示的矩形波放生電路, 它由反相輸入的滯回比較器和RC 電路組成.RC 回路既作為延遲環(huán)節(jié), 又作為反饋網(wǎng)絡(luò), 通過RC 充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換.設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo 通過R3對(duì)電容C 正向充電，反相輸入端電位隨時(shí)間t 增長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)t 趨近于無窮時(shí)，Un 趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo 就從+Uz躍變?yōu)椤猆z，與此同時(shí)Up 從+Ut躍變?yōu)椤猆t。隨后，Uo 又通過R3對(duì)電容C 反向充電，或者說放電。反相輸入端電位Un 隨時(shí)間t 增長(zhǎng)而逐漸降低，當(dāng)t 趨于無窮時(shí)，Un 趨于—Uz ；但是，一旦Un=—Ut, 再稍減小，Uo 就從—Uz 躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up 從—Ut 躍變?yōu)?Ut，電容又開始正向充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

圖2.3滯回比較器的電壓傳輸特性

2.2.2工作原理

積分電路是一種運(yùn)用較為廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微分方程的模擬，同時(shí)在控制和測(cè)量

2.6方波-三角波發(fā)生電路波形圖系統(tǒng)中，積分電路也有著廣泛運(yùn)用，利用其充放電過

程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)，定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生.積分電路還可用于延時(shí)和定時(shí)。在圖2.3所示三角波發(fā)生電路圖中，將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算電路的輸出就得到三角波電壓。.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 為初始狀態(tài)時(shí)的輸出電壓。設(shè)初始狀態(tài)時(shí)U O 2正好從-U Z 躍變?yōu)?+U Z，則式2.10應(yīng)寫成 U O 3=-1 U Z(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.12 積分電路反向積分, U O 2隨時(shí)間的增長(zhǎng)線性下降，根據(jù)圖2.4所示電壓傳輸特性，一旦U O 2=U T-，再稍減小，U O 2將從+U Z 躍變?yōu)?U Z。使得式2.10變?yōu)?/p>

U O 3=-1 U Z(t 2-t 1+U O 2(t 1(R 4+R W C(式2.13 為 U O 2(t 1

U O 2 產(chǎn)生躍變時(shí)的輸出電壓。積分電路正向積分，U O 2 隨時(shí)間的增

長(zhǎng)線性增大，根據(jù)圖2.3的電壓傳輸特性，一旦U O 2=U T +，再稍增大, U O 2將從-U Z 躍變?yōu)?U Z，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。

2.3正弦波的設(shè)計(jì)

2.3.1工作原理

采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡(jiǎn)單的二階低通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加RC 環(huán)節(jié)，可以使濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。

輸出三角波。三角波再經(jīng)R10、C1積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似的正弦波。總的原理圖

4C 3．參數(shù)選擇

3.1方波電路的元件參數(shù)選擇 3.2.1 穩(wěn)壓管

由于要求方波輸出電壓約等于12V，所以采用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓約等于6V，所以應(yīng)采用6.2V 的穩(wěn)壓管兩支。

電容

庫(kù)房里可以提供0.1uF 的電容，所以電路里都采用0.1uF 的電容，電阻

頻率范圍是10HZ ～100HZ ,100HZ～1000HZ, 根據(jù)公式f=R2/(4*R1*R3*C取 R1=2K R2=5K R3=100 RW1=5K Rw2=100K

經(jīng)過公式計(jì)算后得到接近的電阻阻值，再把數(shù)據(jù)代入到仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)整，得到正確的波形圖和數(shù)值。

4.系統(tǒng)測(cè)試 4.1方波波形測(cè)試

由于在電路圖中方波的幅值約等于+12V，所以只要電路沒有出現(xiàn)問題，阻值選擇合適，那么波形就可以出來。

4.2三角波波形測(cè)試

同樣保持電路完整，接入電源，通過調(diào)節(jié)RW1可改變?nèi)遣ǚ导邦l率，通過調(diào)整RW2使電路的周期發(fā)生變化，同時(shí)頻率也發(fā)生變化。

4.3正弦波波形測(cè)試

將電源電路接入變壓器使雙電源輸出 12V，通過調(diào)節(jié)RW1、RW2可調(diào)節(jié)正弦波的峰峰值和頻率。

5.結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)先所設(shè)定的參數(shù)存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數(shù)有關(guān)，在電子仿真軟件中的電阻參數(shù)在庫(kù)房里沒有相吻合的參數(shù)，其次在實(shí)驗(yàn)焊接過程中也可導(dǎo)致誤差，庫(kù)房所提供的電阻其本身誤差較大，綜合各方面的考慮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差不可避免，而制作出來的電路板所能出現(xiàn)的波形，在一定程度上會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。

6.工作總結(jié)

在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。動(dòng)手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué)到的模電知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。但由于電路比較簡(jiǎn)

單、定型，而不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以我們基本上能有章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計(jì)算逐步，元器件選擇等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。這對(duì)今后從事技術(shù)工作無疑是個(gè)啟蒙訓(xùn)練。通過這種綜合訓(xùn)練，我們可以掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法，提高動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn)的基本技能，培養(yǎng)分析解決電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事電子實(shí)驗(yàn)實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。

在實(shí)驗(yàn)過程中收益最大的就是懂得如何去調(diào)試電路，查找電路的缺陷和看PCB 圖，通過自己動(dòng)手更能對(duì)電路有更深刻的了解。

7.參考文獻(xiàn) 元件清單表 附錄1 器件清單

附錄2 原理圖

4C 附錄3 電子仿真 3.1輸出方波電路的仿真 圖 輸出方波電路的仿真 3.2方波—三角波電路的仿真

3.3 正弦波電路的仿真 16 17

第三篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器論文

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

系別：電子工程系 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 屆：XX屆 姓名：XXX 摘 要

本系統(tǒng)以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，制作成本較低。適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)測(cè)量使用。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)制信號(hào)輸入端，所以可以用來對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制。

關(guān)鍵詞 ICL8038，波形，原理圖，常用接法

一、概述

在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號(hào)波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號(hào)波形發(fā)生器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。

二、方案論證與比較

2.1·系統(tǒng)功能分析

本設(shè)計(jì)的核心問題是信號(hào)的控制問題，其中包括信號(hào)頻率、信號(hào)種類以及信號(hào)強(qiáng)度的控制。在設(shè)計(jì)的過程中，我們綜合考慮了以下三種實(shí)現(xiàn)方案：

2.2·方案論證

方案一∶采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。

方案二∶采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需要頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需要頻率信號(hào)，抑制雜散分量，并且避免了量的濾波器，有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。而且，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)，如幅度、頻率 相信都很難控制。

方案三：采用8038單片壓控函數(shù)發(fā)生器，8038可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。改變8038的調(diào)制電壓，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)，其振蕩范圍為0.001Hz～300KHz。

三、系統(tǒng)工作原理與分析

3.1、ICL8038的應(yīng)用

ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時(shí)產(chǎn)生和輸出正弦波、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形；改變外接電阻、電容值可改變，輸出信號(hào)的頻率范圍可為0.001Hz～300KHz；正弦信號(hào)輸出失真度為1%；三角波輸出的線性度小于0.1%；占空比變化范圍為2%～98%；外接電壓可以調(diào)制或控制輸出信號(hào)的頻率和占空比（不對(duì)稱度）；頻率的溫度穩(wěn)定度（典型值）為120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；對(duì)于電源，單電源（V+）：+10～+30V，雙電源（+V）（V-）：±5V～±15V。圖1-2是管腳排列圖，圖1-2是功能框圖。8038采用DIP-14PIN封裝，管腳功能如表1-1所示。

3.2、ICL8038內(nèi)部框圖介紹

函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如圖虛線框內(nèi)所示（圖1-1），共有五個(gè)組成部分。兩個(gè)電流源的電流分別為IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；兩個(gè)電壓比較器Ⅰ和Ⅱ的閾值電壓分別為 和，它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓uC，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和 端；RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和 用來控制開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容C的充、放電；充點(diǎn)電流Is1、Is2的大小由外接電阻決定。當(dāng)Is1=Is2時(shí)，輸出三角波，否則為矩尺波。兩個(gè)緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。

3.3、內(nèi)部框圖工作原理

★當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時(shí)，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器Ⅰ和Ⅱ的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器的，輸出Q=0，；

★使開關(guān)S斷開，電流源IS1對(duì)電容充電，充電電流為

IS1=I

因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性上升。

★當(dāng)上升為VCC/3時(shí)，電壓比較器Ⅱ輸出為高電平，此時(shí)RS觸發(fā)器的，S=0時(shí)，Q和 保持原狀態(tài)不變。

★一直到上升到2VCC/3時(shí)，使電壓比較器Ⅰ的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí)RS觸發(fā)器的 時(shí)，Q=1時(shí)，導(dǎo)致開關(guān)S閉合，電容C開始放電，放電電流為IS2-IS1=I因放電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性下降。

起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)的S端從高電平躍變?yōu)榈碗娖剑漭敵霾蛔儭?/p>

★一直到uC下降到VCC/3時(shí)，使電壓比較器Ⅱ的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)，Q=0，使得開關(guān)S斷開，電容C又開始充電，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為三角波，Q和 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。

結(jié)論：改變電容充放電電流，可以輸出占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。但是，當(dāng)輸出不是方波時(shí)，輸出也得不到正弦波了。

3.4、方案電路工作原理（見圖1-7）

當(dāng)外接電容C可由兩個(gè)恒流源充電和放電，電壓比較器Ⅰ、Ⅱ的閥值分別為總電源電壓（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I2＞I1。當(dāng)觸發(fā)器的輸出為低電平時(shí)，恒流源I2斷開，恒流源I1給C充電，它的兩端電壓UC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)達(dá)到電源電壓的確2/3時(shí)，電壓比較器I的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剑懔髟碔2接通，由于I2＞I1（設(shè) I2=2I1），I2將加到C上進(jìn)行反充電，相當(dāng)于C由一個(gè)凈電流I放電，C兩端的電壓UC又轉(zhuǎn)為直線下降。當(dāng)它下降到電源電壓的1/3時(shí)，電壓比較器Ⅱ輸出電壓便發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出為方波，經(jīng)反相緩沖器由引腳9輸出方波信號(hào)。C上的電壓UC，上升與下降時(shí)間相等（呈三角形），經(jīng)電壓跟隨器從引腳3輸出三角波信號(hào)。將三角波變?yōu)檎也ㄊ墙?jīng)過一個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)（正弦波變換器）而得以實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)三角波的兩端變?yōu)槠交恼也ǎ瑥?腳輸出。

其中K1為輸出頻段選擇波段開關(guān)，K2為輸出信號(hào)選擇開關(guān)，電位器W1為輸出頻率細(xì)調(diào)電位器，電位器W2調(diào)節(jié)方波占空比，電位器W3、W4調(diào)節(jié)正弦波的非線性失真。

圖1-1

3.5、兩個(gè)電壓比較器的電壓傳輸特性如圖1-4所示。

圖1-4

3.6、常用接法

如圖（1-2）所示為ICL8038的引腳圖，其中引腳8為頻率調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱為調(diào)頻）電壓輸入端，電路的振蕩頻率與調(diào)頻電壓成正比。引腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，數(shù)值是引腳7與電源+VCC之差，它可作為引腳8的輸入電壓。如圖（1-5）所示為ICL8038最常見的兩種基本接法，矩形波輸出端為集電極開路形式，需外接電阻RL至+VCC。在圖(a)所示電路中，RA和RB可分別獨(dú)立調(diào)整。在圖(b)所示電路中，通過改變電位器RW滑動(dòng)的位置來調(diào)整RA和RB的數(shù)值。

圖1-5

當(dāng)RA=RB時(shí)，各輸出端的波形如下圖(a)所示，矩形波的占空比為50％，因而為方波。當(dāng)RA≠RB時(shí)，矩形波不再是方波，引腳2輸出也就不再是正弦波了，圖(b)所示為矩形波占空比是15%時(shí)各輸出端的波形圖。根據(jù)ICL8038內(nèi)部電路和外接電阻可以推導(dǎo)出占空比的表達(dá)式為

故RA<2RB。

為了進(jìn)一步減小正弦波的失真度，可采用如圖（1-6）所示電路，電阻20K與電位器RW2用來確定8腳的直流電壓V8，通常取V8≥2/3Vcc。V8越高，Ia、Ib越小，輸出頻率越低，反之亦然。RW2可調(diào)節(jié)的頻率范圍為20HZ20~KHZ。V8還可以由7腳提供固定電位，此時(shí)輸出頻率f0僅有Ra、Rb及10腳電容決定，Vcc采用雙對(duì)電源供電時(shí)，輸出波形的直流電平為零，采用單對(duì)電源供電時(shí)，輸出波形的直流電平為Vcc/2。兩個(gè)100kΩ的電位器和兩個(gè)10kΩ電阻所組成的電路，調(diào)整它們可使正弦波失真度減小到0.5%。在RA和RB不變的情況下，調(diào)整RW2可使電路振蕩頻率最大值與最小值之比達(dá)到100:1。在引腳8與引腳6之間直接加輸入電壓調(diào)節(jié)振蕩頻率，最高頻率與最低頻率之差可達(dá)1000:1。

3.7、實(shí)際線路分析

可在輸出增加一塊LF35雙運(yùn)放，作為波形放大與阻抗變換，根據(jù)所選擇的電路元器件值，本電路的輸出頻率范圍約10HZ～20KHZ；幅度調(diào)節(jié)范圍：正弦波為0～12V，三角波為0～20V，方波為0～24V。若要得到更高的頻率，還可改變?nèi)龣n電容的值。

圖1-6

表 1-1 ISL8038管腳功能

管 腳 符 號(hào) 功 能

1，12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形調(diào)整端。通常SINADJ1開路或接直流電壓，SINADJ2接電阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和減小失真。SINOUT 正弦波輸出TRIOUT 三角波輸出

4，5 DFADJ1，DFADJ2 輸出信號(hào)重復(fù)頻率和占空比（或波形不對(duì)稱度）調(diào)節(jié)端。通常DFADJ1端接電阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改變阻值可調(diào)節(jié)頻率和占空比。V+ 正電源 FMBIAS 調(diào)頻工作的直流偏置電壓FMIN 調(diào)頻電壓輸入端SQOUT 方波輸出 C 外接電容到V-端，用以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率與占空比V-負(fù)電源端或地

13，14 NC 空腳

四、制作印刷電路板

首先，按圖制作印刷電路板，注意不能有斷線和短接，然后，對(duì)照原理圖和印刷電路板的元件而進(jìn)行元件的焊接。可根據(jù)自己的習(xí)慣并遵循合理的原則，將面板上的元器件安排好，盡量使連接線長(zhǎng)度減少，變壓器遠(yuǎn)離輸出端。再通電源進(jìn)行調(diào)試，調(diào)整分立元件振蕩電路放大元件的工作點(diǎn)，使之處于放大狀態(tài)，并滿足振幅起振條件。仔細(xì)檢查反饋條件，使之滿足正反饋條件，從而滿足相位起振條件。

制作完成后，應(yīng)對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試。先測(cè)量電源支流電壓，確保無誤后，插上集成快，裝好連接線。可以用示波器觀察波形發(fā)出的相應(yīng)變化，幅度的大小和頻率可以通過示波器讀出。

五、系統(tǒng)測(cè)試及誤差分析

5.1、測(cè)試儀器

雙蹤示波器 YB4325(20MHz)、萬用表。

5.2、測(cè)試數(shù)據(jù)

基本波形的頻率測(cè)量結(jié)果

頻率/KHz

正弦波 預(yù)置 0.01 0.02 2 20 50 100

實(shí)測(cè) 0.0095 0.0196 2.0003 20.0038 50.00096 100.193 方波 預(yù)置 0.01 0.02 2 20 50

實(shí)測(cè) 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038 三角波 預(yù)置 0.01 0.02 1 2 20 100

實(shí)測(cè) 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191 5.3、誤差分析及改善措施

正弦波失真。調(diào)節(jié)R100K電位器RW4，可以將正弦波的失真減小到1%，若要求獲得接近0.5%失真度的正弦波時(shí)，在6腳和11腳之間接兩個(gè)100K電位器就可以了。

輸出方波不對(duì)稱，改變RW3阻值來調(diào)節(jié)頻率與占空比，可獲得占空比為50%的方波，電位器RW3與外接電容C一起決定了輸出波形的頻率，調(diào)節(jié)RW3可使波形對(duì)稱。

沒有振蕩。是10腳與11腳短接了，斷開就可以了

產(chǎn)生波形失真，有可能是電容管腳太長(zhǎng)引起信號(hào)干擾，把管腳剪短就可以解決此問題。也有可能是因?yàn)?030功率太大發(fā)熱導(dǎo)致波形失真，加裝上散熱片就可以了。

5.4、調(diào)試結(jié)果分析

輸出正弦波不失真頻率。由于后級(jí)運(yùn)放上升速率的限制，高頻正弦波（f>70KHz）產(chǎn)生失真。輸出可實(shí)現(xiàn)0.2V步進(jìn)，峰-峰值擴(kuò)展至0～26V。

圖1-2

圖 1?7

六、結(jié)論

通過本篇論文的設(shè)計(jì)，使我們對(duì)ICL8038的工作原理有了本質(zhì)的理解，掌握了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，功能完備。可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號(hào)質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

七、參考文獻(xiàn)

【1】謝自美《電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試（第三版）》武漢：華中科技大學(xué)出版社。2000年7月

【2】楊幫文《新型集成器件家用電路》北京：電子工業(yè)出版社，2002.8

【3】第二屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編。北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.【4】李炎清《畢業(yè)論文寫作與范例》廈門：廈門大學(xué)出版社。2006.10

【5】潭博學(xué)、苗江靜《集成電路原理及應(yīng)用》北京：電子工業(yè)出版社。2003.9 【6】陳梓城《家用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試》北京：中國(guó)電力出版社。2006

第四篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)書

目錄

一、設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求............................................................................二、已知條件...................................................................三、函數(shù)發(fā)生器的具體方案...................................................................1 總的原理框圖及總方案..............................................................2 各組成部分工作原理..................................................................3總電路圖........................................................................................四、電路的參數(shù)選擇與仿真.................................................................五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析..............................................................附錄:電

路

原

理

和

元

器

件

列表..........................................................................................一． 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求

1.設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)方波—三角波—正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 2.設(shè)計(jì)目的

（1）鞏固和加深對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力。

（2）培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍,查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析并解決問題的方法。

（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件；初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。

（4）了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫設(shè)計(jì)說明書，正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖等。

（5）培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。

3.性能指標(biāo)要求

（1）輸出波形：正弦波、方波、三角波等；（2）頻率范圍：10Hz～500Hz；

（3）輸出電壓：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V； 波形特征：方波tr<100μS，三角波失真系數(shù)THD<2%，正弦波失真系數(shù)THD<5%。

二、已知條件：

雙運(yùn)放358一只、三極管3DG6四只（β約為60）

三、函數(shù)發(fā)生器的具體方案

1.總的原理框圖及總方案

圖1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理圖

多波形信號(hào)發(fā)生器方框圖如圖1所示。

本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。并采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法：

由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。設(shè)計(jì)差分放大器時(shí)，傳輸特性曲線要對(duì)稱、線性區(qū)要窄，輸入的三角波的的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

2.各組成部分的工作原理

2.1 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理

圖2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路

圖2為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器用雙運(yùn)放uA741。

工作原理如下：

若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算發(fā)大器A1（左）與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放A2（右）與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1,則積分器的輸出電壓Uo2為

UO2??1UO1dt

(R4?RP2)C2??(?VCC)?VCCt?t

(R4?RP2)C2(R4?RP2)C2VCC?(?VEE)t?t

(R4?RP2)C2(R4?RP2)C

2當(dāng)UO1??VCC時(shí)，UO2? 當(dāng)UO1??VEE時(shí)，UO2?由此可見積分器在輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如下圖3所示

圖3 方波--三角波波形關(guān)系

若a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。

三角波的幅度為：UO2m?R2VCC

R3?RP1R3?RP1

4R2(R4?RP2)C2方波-三角波的頻率f為： f?

由以上兩式可以得到以下結(jié)論：

1.電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。

2.方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。

2.2 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路工作原理

圖4 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路

圖（4）為實(shí)現(xiàn)三角波—正弦波變換的電路。其中Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp4調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。三角波-正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。差分放大器采用單入單出方式。三角波-正弦波波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

差分放大器傳輸特性曲線的非線性及三角波-正弦波變換原理如下圖：

圖5 三角波-正弦波變換原理

分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：

IC2?aIE2?aI0aI0I?aI?

C1E11?eUid/UT1?e?Uid/UT上式中：a?IC/IE?1；I0—差分放大器的恒定電流；

UT—溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25℃時(shí)，UT≈26mV。

如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為

UidT???4Um?T?0?t?t?????T?4?2??????

??4Um?t?3T?T?????t?T???4???T?2?式中：Um—三角波的幅度；T—三角波的周期。

為使輸出波形更接近正弦波，由圖5可知：（1）傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；

（2）三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。

3.總電路圖

整個(gè)設(shè)計(jì)電路如圖6所示：

圖6 方波—三角波—正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

四、電路的參數(shù)選擇與電路仿真

本課題采用Multisim 7作為仿真軟件。

Multisim是Interactive Image Technologies(Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

Multisim 7通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路；通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；借助高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征；本課題使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。

1.方波--三角波部分

參數(shù)選擇：取才C2=0.47μ

F，C2的取值很重要，按照你電阻的值，要取相應(yīng)的值，取值不對(duì)，會(huì)直接影響到你波形輸出與否。

調(diào)節(jié)RP1和RP2，微調(diào)Rp1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)節(jié)Rp2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。

方波-三角波電路的仿真：

在Multisim 7中按方波-三角波轉(zhuǎn)換電路圖（圖2）接線。調(diào)節(jié)Rp1和Rp2到設(shè)定值，檢查無誤后，在正確位置接上示波器觀察輸出波形。

仿真電路圖如下：

圖7 方波—三角波仿真電路圖 2.三角波--正弦波部分

參數(shù)選擇：C4=470Μf,C5=C6=0.1μF；R6= 5.1KΩ（R6阻值只要大于5）

三角波--正弦波電路的仿真：

在Multisim 10.1中按方波-三角波轉(zhuǎn)換電路圖（圖4）接線。保證參數(shù)正確，檢查無誤后，在正確位置接上示波器觀察輸出波形。

仿真電路圖如下：

圖8 三角波—正弦波仿真電路圖

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖如下：

圖9 方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是分成兩個(gè)部分來做的，先做方波—三角波產(chǎn)生電路，再做三角波—正弦波變換電路，然后把兩張圖用線連接成一張完整的大圖。

方波—三角波產(chǎn)生電路中的C1其實(shí)可以去掉不要的，如果要用的話，取值要比較小，這樣才不會(huì)影響電路。我的RP2的阻值是200Ω，開始設(shè)置的C2是0.1μF，但是總是出不來波形，后來老師說，C2的值太小了。經(jīng)過我多次的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)0.47μF是最為合適的。最后還要調(diào)節(jié)RP1和RP2，確保頻率范圍為10Hz～500Hz。

三角波—正弦波變換電路中C1=470μF，C5=C6=0.1μF，R6=5.1KΩ。R6開始設(shè)的值是3.3KΩ，然后仿真就是沒有波形出來，問了同學(xué)，研究了一會(huì)兒，也才知道，R6的阻值必須要大于5KΩ，這樣之后才有波形出來了。最后還是一樣的，調(diào)節(jié)Rb1,，測(cè)試頻率范圍。

最后當(dāng)兩張圖連在一起之后，不僅要看波形，還要測(cè)試輸出電壓：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V。當(dāng)一切要求都滿足之后，所有的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)就完成了。

像做這種實(shí)驗(yàn)，要的必須是耐心，還有朋友的幫助，老師的指導(dǎo)，必須做到齊心協(xié)力，否則成功的幾率是非常小的。

附錄1：電路原理圖

附錄二：元器件清單

直流穩(wěn)壓電源：一臺(tái) 低頻信號(hào)發(fā)生器：一臺(tái) 低頻毫伏表：一臺(tái) 雙蹤示波器：一臺(tái) 萬用表：一塊 晶體管圖示儀：一臺(tái) 失真度測(cè)試儀：一臺(tái) 電阻：100Ω：1個(gè)

1KΩ：2個(gè)

2KΩ：2個(gè)

3.3KΩ：1個(gè)

5.1KΩ：3個(gè)

10KΩ：3個(gè)

KΩ:2個(gè) 滑動(dòng)變阻器：47KΩ：2個(gè)

200KΩ：一個(gè)

1KΩ：一個(gè) 電容：0.1μF：兩個(gè)

0.47μF：一個(gè)

10μF：一個(gè)

470μF：一個(gè)

三極管3DG6:四個(gè) 雙運(yùn)放358：一只

第五篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

一 緒論

1.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用意義

函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件也可以是集成電路。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用有集成運(yùn)算放大器與晶體差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。具體方法是由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

通過此次設(shè)計(jì)，我們能將理論知識(shí)很好的應(yīng)用于實(shí)踐，不僅鞏固了書本上的理論知識(shí)，而且鍛煉了我們獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)電路、獨(dú)立思考的能力

1.2設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路

1.3設(shè)計(jì)要求

1）輸出各種波形工作頻率范圍：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。

2)輸出電壓：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。3)波形特征：幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。

4)選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì);計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出各部分原理圖，闡述基本原理。

1.4設(shè)計(jì)方案

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是是由基礎(chǔ)的非正弦信號(hào)發(fā)生電路和正弦波形發(fā)生電路組合而成。由運(yùn)算放大器單路及分立元件構(gòu)成，方波——三角波——正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一般基本組成框圖如圖1所示。

圖1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器框圖

1、方波—三角波—正弦波信號(hào)發(fā)生器電路有運(yùn)算放大器及分立元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。他利用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波通過積分產(chǎn)生三角波輸出，三角波通過差分放大電路產(chǎn)生正弦波輸出。

2、利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波—正弦波的變換

波形變換原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示

圖 2 三角波和正弦波得轉(zhuǎn)換示意圖

由圖2可以看出，傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度Uim應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。

二

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器各單元電路的設(shè)計(jì)

2.1方波產(chǎn)生電路圖及元件參數(shù)的確定

2.1.1 方波產(chǎn)生電路 如圖3所示

圖 3 方波發(fā)生電路

2.1.2 元件參數(shù)的確定

圖3中U2構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。可變電容C1具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。使產(chǎn)生的頻率范圍在10~~100Hz。方波振蕩周期

T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

C1的值可以改變電 R1=7K，R3=7K，R4=7K。

振蕩頻率 f = 1/T。可見，f與C1成反比，調(diào)整電容路的振蕩頻率。圖中穩(wěn)壓管 D1 D2 為調(diào)整方波幅值，UP-P = D1 +D2。

2.2方波—三角波轉(zhuǎn)換電路圖及元件參數(shù)確定

2.2.1 方波—三角波轉(zhuǎn)換電路 如圖 4 所示

圖 4 方波-三角波電路圖

2.2.2 方波→三角波的參數(shù)確定

圖4中U2構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。可變電容C1具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。運(yùn)算放大器U1與電阻R5及電容C2構(gòu)成積分電路，用于將U2電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。

圖中R6在調(diào)整方波—三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以調(diào)節(jié)可變電容C2。

三角波部分參數(shù)設(shè)定如下：

對(duì)于輸出三角波 其振蕩周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，f = 1/T。而要調(diào)整輸出三角波的振幅，則需要調(diào)整可變電容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。

2.3正弦波參數(shù)電路及元件參數(shù)確定

2.3.1 正弦波參數(shù)電路 如圖 5 所示

圖 5 三角波-正弦波電路圖

2.3.2正弦波的參數(shù)確定

.改變輸入頻率，是電路中的頻率一定時(shí)三角波頻率為固定或變化范圍很小。加入低通濾波器，而將三角波轉(zhuǎn)化為正弦波。在圖5中當(dāng)改變輸入頻率后，三角波與正弦波的幅度將發(fā)生相應(yīng)改變。由于

振蕩周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，C2為調(diào)節(jié)三角波的幅度使UP-P = 5V，R10調(diào)節(jié)輸出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波→正弦波的變換主要用差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。

2.4方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器整體電路圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，畫出方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖如圖 6 所示。

圖 6

方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖

3、電路的仿真調(diào)試

3.1 利用Multisim軟件畫出電路圖，模擬電路結(jié)果，觀察各波形的輸出。

3.1.1 方波、三角波產(chǎn)生電路的仿真波形如圖7所示

圖7 方波、三角波仿真圖形

3.1.2 方波—三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真 如圖 8 所示

圖 8 方波—三角波仿真圖形

3.1.3三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真

圖

三角波—正弦波仿真圖形

3.1.4 方波—三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真

圖

方波—三角波—正弦波仿真圖形

3.1.4結(jié)果分析

輸出電壓

方波信號(hào)接入示波器仿真，調(diào)節(jié)C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信號(hào)并接入三角波信號(hào)，調(diào)節(jié)C2，測(cè)得三角波峰峰值Upp=5 V；將正弦波信號(hào)接入示波器，調(diào)節(jié)R10，測(cè)得正弦波峰峰值Upp=3V。