鄭州科技學院
模擬電子技術課程設計
題目函式訊號發生器
姓名孫增光
專業班級 13級電氣工程及其自動化4班
學號201347105
院 （系） 電氣工程學院
指導教師周喜
完成時間 2015 年 6 月 12 日
目錄1 課程設計的目的1
2 課程設計的任務與要求2
3 設計方案與論證3
3.1方波、三角波及正弦波的設計4
3.2 計算機**測試4
4 設計原理及功能說明5
5 單元電路的設計（計算與說明5
6 硬體的製作與除錯5
7 總結10
參考文獻15
附錄1：總體電路原理圖18
附錄2：元器件清單19
1 課程設計目的
1：進一步鞏固熟悉簡易函式發生器的電路結構及電路原理並了解波形的轉變方式。
2：學會用簡單的元器件及晶元製作簡單的函式訊號發生器，鍛鍊動手能力。
3：學會除錯電路並根據結果分析影響實驗結果的各種可能的因素。
2 課程設計的任務與要求
設計任務：
設計乙個電路實現方波-三角波-正弦波函式發生器
主要技術指標：
1）設計、組裝、除錯函式發生器
2）輸出波形：正弦波、方波、三角波等
3）頻率範圍：10～100hz，1000hz～１０kｈz
4) 輸出電壓：方波up-p=6v，三角波up-p=6v，正弦波u>1v；波形特徵：方波tr<10s（1khz，最大輸出時），三角波失真係數thd<2%，正弦波失真係數thd<5%。
軟體**部分元器件不限，只需元件庫有即可，但需要注意合理選取。
3 設計方案與論證
3.1 方波、三角波及正弦波的設計
圖1所示產生方波-三角波電路。工作原理如下：若a點斷開，運算放大器a1與r1、r2及r3、rp1組成電壓比較器
圖1 方波-三角波產生電路
運放a2與r4、rp2、c2及r5組成反相積分器，積分器輸入方波時，輸出是乙個上公升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖2所示。
圖2 方波-三角波波形
三角波→正弦波的變換主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩定，輸入阻抗高、抗干擾能力強等優點。特別是做直流放大器時，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。
圖3 三角波→正弦波的變換原理及三角波→正弦波變換電路
3.2計算機**測試
計算機**圖
4 設計原理及功能說明
4.1基本原理
函式訊號發生器是將輸入的電壓經過一系列變換後能夠輸出要求的波形
基本原理圖
本次設計採用的電路是基於運放和晶體三極體的試驗電路。由理論分析知，電壓比較器可以產生方波,積分電路可以產生三角波,三角波再經過差動放大器可以產生正弦波。向電壓比較器輸入三角波就可以產生方波，於是可以將積分電路的輸出作為電壓比較器的輸入。
各種波形頻率段的調整可以由外電路的改變來實現。例如，改變電容的值。電路的原理部分的設計，可以是先設計單元電路，然後用**軟體模擬。
等到各個單元都設計完成後，可以將各個單元結合到一起，由**軟體模擬是否符合製作要求。本次試驗中，就是先做方波發生電路：電壓比較器，然後是積分電路，最後是差動放大電路。
5 單元電路的設計（計算與說明）
1.方波發生電路的設計
上圖為方波發生電路
2方波——三角波轉換電路的設計
圖1上圖為方波→三角波的變換的電路。
3.三角波——正弦波轉換電路的設計
上圖為三角波→正弦波的變換的電路。其中r8調節三極體的幅度，r13調整電路的對稱性，其併聯電阻r9用來減少差分放大器的線性區。電容c3、c4、c5為隔直電容，c8為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。
由圖1分析可知比較器有兩個門限電壓
其輸入訊號為方波uo1時，則輸出積分器的電壓為
由圖3分析有三角波的幅度為
方波-三角波的頻率為
由上分析可知：
①電位器r6在調整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。
②方波的輸出幅度應等於電源電壓。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓。電位器r5可實現幅度上下微調，但會影響波形的頻率。
在圖5中，比較器a1與積分器a2的元件引數計算如下：
取r3=10kω,則r3+rp1=30kω，取r3=20kω,rp1為47kω的電位器。取平衡電阻r1=r2//
（r3+rp1）≈10kω。因為
當1hz≤f≤10hz時，取c2=10μf，則r4+rp2=（75~7.5）kω，取5.1kω，rp2為100k
ω電位器。當19hz≤f≤100hz，取c2=1μf以實現頻率波段的轉換，r4、rp2的值不變。
取平衡電阻r5=10k。
三角波→正弦波變換電路的引數選擇原則是：隔直電容c3、c4、c5要取得大，因為輸出頻率較低，取c3=c4=c5=470μf，濾波電容c6一般為幾十皮法至0.1μf。
re2=100ω與rp4=100ω，相併聯，以減少差分放大器的線性區。差分放大器的靜態工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調整rp4及電阻r*確定
6硬體的製作與除錯
6.1焊接
按照方案焊接的實物圖焊接如下
正面 按照電路圖合理布局，將原件焊接在合適的位置，然後細心對照電路圖畫出焊接
圖開始走錫。針對各階段出現的問題，逐個排查校驗，使其滿足實驗要求，即使正弦波的峰峰值大於1v。對於接不通的線可以適當選擇在實驗板後面合理佈線。
如上圖所示。正面的三根導線依次接示波器的正極，分別在示波器上顯示方波，三角波，正弦波。
背面6.2除錯
最開始除錯的時候波形總是出不來，後來調節了一下電位器，又對示波器進行了反覆調節，最終調節出來了方波和三角波。由於示波器略有問題，正弦波標準波形最終也沒出來。
7 總結
為期乙個星期的課程設計結束啦。在這個乙個星期的學習，設計，焊接過程中我感觸頗深。是我對抽象的理論有了具體的認識。
通過這次課程設計我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀表儀器；了解了電路的連線、焊接的方法；以及如何提高電路的效能等等。
其次，這次課程設計提高了我的團隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了再接好電路後測試出波形的那種喜悅。
在試驗過程中，我們遇到了不少的問題，比如波形失真，甚至不出波形的這樣那樣的問題，在老師和同學的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啊，實驗中也暴露出我們在理論學習中所存在的問題，有些理論知識還處於懵懂的狀態，自己還有很多東西都沒有掌握牢固，學過的東西沒有及時鞏固，從而導致很多東西才學過不久就基本忘記了。對於很多的元器件，都不是很清楚其用途和作用。在剛開始設計時，發現很多元件的引數和功能都不是很清楚，導致用軟體**時經常出現因選錯器件而不能產生正確波形的事情發生。
老師們不厭其煩地為我們調整波形，講解知識點實在令我們感動。
在製板的過程中，則深深地體會到了耐心和細心的重要性。在剛開始焊接電路板時，由於長時間沒有焊接電路，感覺有點生疏了，焊出來的焊點都不是很實，很容易鬆動，並且焊接出的焊點很不光滑，焊了二天，看到別的同學基本都完成焊接這一步，很急，結果焊得就更不理想了。本來打算重新換一塊新的電路板進行焊接的，但是卻還是不甘心就這樣放棄，於是，在別人都離開的情況下，還是耐心地把那塊電路板焊好了才離開實驗。
這次的課程設計真正讓我學到了很多東西，學到了很多以前不知道的理論知識，還了解到了很多時間重要注意到的東西，動手能力也得到了極大的提高，積累了很多實踐經驗，同時也深深體會到指導老師對我們要求嚴格的初衷和我們帶來的諸多益處。
參考文獻
康華光主編 《電子技術基礎（模擬部分）》高等教育出版社
戴焯主編 《感測與檢測技術》武漢理工大學出版社
邱關源主編 《電路（第五版）》高等教育出版社
謝自美主編 《電子線路設計·試驗·測試》華中科技大學出版社
附錄1：總體電路原理圖
方波—三角波—正弦波函式發生器實驗電路
先通過比較器產生方波，再通過積分器產生三角波，最後通過差分放大器形成正弦
附錄2：元器件清單
函式訊號發生器設計報告
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函式訊號發生器 設計報告 1
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課程設計 函式發生器的設計
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