电子设计大赛-信号发生器报告.doc

信号发生器课程设计报告课题：设计制作一个信号发生器：设计内容及要求：1.产生三种波形：方波，三角波，正弦波2.频率范围：0 100kHz3.输出内阻不大于504.负载50时输出电压不小于5V主要测量内容：输出信号频率范围，输出电阻，输出功率一、系统组成：1.1 方波三角波系统电路，由同向滞回比较器和积分电路两部分组成 图1.1方波三角波系统电路1.2 三角波正弦波电路，由滤波电路组成图1.2 正弦波系统电路二、设计原理图阶段2.1.查阅资料及参考书本确定原理图如下：软件环境：multisim10.12.2.原理图概况本文所设计的电路是通过集成运算放大器LM324和基本元件组合产生不同波形（方波，三角波，正弦波）：先通过同向滞回比较电路产生方波，方波又通过积分电路产生三角波，最后滤波电路又将三角波转换成正弦波。频率变换：本电路可以通过调节电位器R1的有效阻值改变振荡周期T，频率f=1/T.三、电路具体设计方案及仿真3.1.1方波三角波转换电路图3.1所示 图3.1 方波三角波发生电路3.1.2电路分析：该电路的方波发生部分由同向滞回比较器组成，积分运算电路既作为电压比较器的延迟环节，又作为反馈网络。通过反馈网络，滞回比较器的输出电压u0=Uz，阈值电压UT=R1/(R1+R2)Uz.假设滞回比较器输出电压u01在t0时刻由-Uz跃变到+Uz，此时积分电路进行反向积分，输出电压u0呈线性下降，当u0下降到滞回比较器的阈值电压-UT时，即t1时刻，滞回比较器的电压由u01从+Uz跃变到-Uz，此后积分电路正向积分，u0呈线性上升。当u0上升到滞回比较器的阈值电压+UT时，即t2时刻，u01从-Uz跃变到+Uz，即返回设定初始状态，周而复始，产生振荡。3.1.3元件参数设计设计中应用到的稳压管稳压值为5V，即方波的幅值为5.7V，三角波的输出电压为可令电容C1为0.1uF，R1为1k的电位器设计最终要求振荡频率需在0 100kHz 的范围内，则可令 R6=560 R7=24k 满足条件。3.1.4 仿真数据方波信号： 幅值稳定在5.7V左右，波形轮廓清晰。三角波信号：3.2.1 三角波正弦波转换电路如图3.2所示图3.2 正弦波发生电路3.2.2原理分析将三角波展开为傅里叶级数可知，它含有基波和3次 5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器去除基波，滤除高次谐波，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很小的场合。电路框图如下左图所示。输入电压和输出电压的波形如下右图所示，U0的频率等于UI基波的频率。将三角波按傅里叶级数展开 UI(wt)=8/（*）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-) 其中Um是三角波的幅值。3.2.3元件参数设计通过仿真，为较大范围内调节正弦波的输出电压幅值，在集成运放输出端与反相输入端之间串联10k的电位器，而R3，R8均为1.2k.3.2.4仿真数据正弦波信号四、焊接与调试4.1 元件清单：元件名称型号参数数量芯片LM3241电位器1.5k110k1电阻560151k124k11.2k2电容1uF15uF1稳压管5V2附LM324芯片管脚图：4.2先在万用板上按照总电路图布局，然后进行焊接，注意到因为实验所用的三块集成运放均在一块芯片上，所以元器件之间排布可能会比较密集，一定要事先有大致的规划，以免器件之间交叉或错位。焊接完成后，再次仔细检查电路，确保没有错误后，接上电源，查看输出波形并调节频率。五、课题总结与心得通过这次课程设计，重新复习了模电，深入了解了集成运放方面的知识，甚至把原来不懂的地方搞懂了，此外还学会了如何设计电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数，同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。在设计过程中难免遇到一些困难，比如万用板上的铜片掉了，我们必须借用一根铜线引渡到其他地方焊接；因为一个芯片四周要布满电阻和电容，有好几个引脚要接地，我们就用导线跳接到每个端口；有时有的元件的参数稍有偏差，导致许多参数达不到要求，我们必须根据仿真效果重新确定元件合适参数。一个偌大的工程却要保证每一步的工作都要近乎完美，因为你完全不知道最后的结果与理论的差距会在哪里产生，我们必须把误差降到最低，以保证后续工作顺利进行，节省改错时间。经过一个半星期的努力终于顺利完成这次课程设计，虽然最终测试的结果与仿真结果有出入，虽然一个信号发生器做了两次才完成，但经过这次课程设计我们团队收获了不少，不仅加深了对课本知识的理解，还培养了同学之间的合作能力。成功的关键是在调试时应仔细观察若出现问题必须耐心查找原因。比如在测试第一个信号发生器时，没有波形输出，双向稳压管两端电压一直保持在+5.7V左右，也就是说积分电路输出端并没有将负电压反馈到电压比较器的同相输入端，于是我们又检查电容两端电压，发现一直是正值，由此我们推测电路并没有产生自激振荡，不得不再次修改数据参照仿真结果确定实际元件参数值。