1、函数信号发生器课程设计报告题 目： 函数信号发生器的设计 课程名称： 模拟电子技术 学 院： 信息工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 开课时间： 2016-2017 学年 2 学期 函数信号发生器的设计摘要函数信号发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在现代社会中，随着科学技术不断发展，函数信号发生器使用于社会生产的各个领域中，高精度，宽频率，高稳定性的信号发生器对于所属系统体系性能的改善和提高起着至关重要的作用。传统的函数信号发生器的波形信号稳定性差信号失真度大。而现在的函数信号发生器具有输出频率高，波形稳
2、定，失真小等特点，不仅可以融会贯通所学知识，还可以在今后的工作中参考，用来制备控制。在研制，生产，测试和维修各种电子元件，部件以及整体设备时，都要有信号源，由它产生不同频率，不同波形的电压，电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察，测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。函数信号发生器是电子测量领域中最基本，应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号，如方波，三角波，正弦波等，因此此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识，从绘图，制板，焊接到调试，以LM747芯片为核心器件，来制作一个能同时输出方波，三角波，正弦波的信号发生器。关键词：函数信号发生器、方波、三角波、正弦波、7
3、47芯片Design of function generatorAbstract Function generator as a commonly used signal source, is the field of modern testing the most widely used one of the general equipment. In modern society, with the continuous development of science and technology, the function generator used in various fields
4、of social production, high precision, wide frequency, high stability of the signal generator for the system performance Important improvement role. The traditional signal generator waveform stability poor signal distortion. And now the signal generator with high output frequency, waveform stability,
5、 distortion and other characteristics, not only can be learned through the knowledge, but also in the future work of reference, used to prepare control.In the development, production, testing and maintenance of various electronic components, components and the overall equipment, there must be a sign
6、al source, which produces different frequency, different waveform voltage, added to the device under test or equipment, with the other instrument measures and measures the output response of the instrument under test to determine their performance parameters. Function generator is the most basic in
7、the field of electronic measurement, the most widely used class of electronic equipment. It can produce a variety of waveform signals, such as square wave, triangular wave, sine wave, etc., so the course designed to use analog electronic technology knowledge, from drawing, plate, welding to debuggin
8、g, 747 chip as the core device to produce a signal generator that can output square wave, triangular wave and sine wave at the same time.Key words: Function generator、 square waves、 triangle waves、 sine waves、 747 chip 目 录第一章 函数信号发生器总方案及原理框图 11.1原理框图 11.2函数信号发生器的总方案 1第二章 设计的目的及任务 22.1课程设计的目的 22.2课程设
9、计的任务及要求 22.3课程设计的技术指标 22.4成绩评定（优、良、中、差、及格、不及格） 22.5时间安排 2第三章 各部分电路设计 33.1方波发生电路的工作原理 33.2方波三角波转换电路的工作原理 43.3三角波正弦波转换电路的工作原理 53.4电路的参数选择及计算 73.5总电路图 7第四章 PCB板制作 84.1 绘制PCB图 84.2 影印电路板 84.3 腐蚀电路板 94.4 焊接电路板 10第五章 电路的安装与调试 125.1方波三角波发生电路的安装与调试 125.1.1安装方波三角波产生电路 125.1.2调试方波三角波产生电路 125.2 三角波正弦波转换电路的安装与调
10、试 125.2.1安装三角波正弦波变换电路 125.2.2调试三角波正弦波变换电路 125.3总电路的安装与调试 135.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法 13第六章 电路的实验结果 146.1方波三角波发生电路的实验结果 146.2三角波正弦波转换电路的实验结果 156.3实验电路波形、误差分析及改进方法 16第七章 仪器仪表明细清单 20第八章 总结 218.1结论 218.2展望 21致谢 21参考文献 21第一章 函数信号发生器总方案及原理框图1.1原理框图图1-11.2函数信号发生器的总方案函数信号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
11、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晶体管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。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。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数信号发生器电路
12、组成框图如下所示：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。第二章 设计的目的及任务2.1课程设计的目的1掌握电子系统的一般设计方法；2掌握模拟IC器件的应用；3培养综合应用所学知识来指导实践的能力；4掌握常用元器件的识别和测试；5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法2.2课程设计的任务及要求设计方波三角波正弦波函数信
13、号发生器2.3课程设计的技术指标1设计、组装、调试函数信号发生器；2输出波形：正弦波、方波、三角波；3频率范围 ：在1010000Hz范围内可调 ；4输出电压：方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V。2.4成绩评定（优、良、中、差、及格、不及格）1. 课程设计报告 40%2. 电路板安装、调试、答辩 40%3. 学习态度 20%2.5时间安排周一周二周三周四周五第17.5周查阅资料查阅资料查阅资料设计电路绘制PCB图制作PCB板第18周焊接调试调试答辩报告撰写第三章 各部分电路设计3.1方波发生电路的工作原理图3-1此电路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，又作为正
14、反馈电路。当集成运算电路UA747CN的同相端大于反相端时，输出正向电压，则同相输入端电位与输出端电压一致。因为电压是从-5V变为+5V,所以会有电流的通过，然后电流通过电容C进行正向充电，反相输入端电位随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，输出的正向电压趋于电源最大值，此时输出的正向电压会渐跃到负向最大值,与此同时输入端也会使之变化，此时反相端大于同相端，输出电压为负电压，周而复始，电容又开始正相充电，电路产生了自激振荡，输出方波。3.2方波三角波转换电路的工作原理图3-2上图所示电路能自动产生方波三角波。原理：当a点断开，A1与R1、R2、RP1组成电压比较器，R1为平衡电阻，C1可加
15、速比较器的翻转。A1反相端接基准电压，同相端接输入电压；比较器的输出Uo1高电平等于+VCC,低电平等于-VEE，当比较器V+=V-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平，或从低电平跳到高电平。设Uo1=+VCC，则所以 其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为当Uo1=+VCC时当Uo1=-VEE时可见，当积分器输入为方波时，输出的是一个上升速率与下降速率相等的三角波，波形如下图所示。 a点闭合，形成闭环电路，则自动产生方波三角波。三角波的幅度 方波-三角波的频率为由上分析可知：电位器RP2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，通过C2可以改变频率的范围。方波
16、的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上下微调，但会影响波形的频率。3.3三角波正弦波转换电路的工作原理图3-3比较器U1与积分器U2的元件计算如下。由式（3-61）得即取，则，取，RP1为47K的电位器。区平衡电阻由式（3-62）即当时，取，则，取，为100K电位器。当时 ，取以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。取平衡电阻。3.4电路的参数选择及计算三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=
17、100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。3.5总电路图图3-4第四章 PCB板制作4.1 绘制PCB图查找所用元器件，进行排列摆放，连线时避免跳线。4.2 影印电路板切割电路板，将绘制好的PCB图用油纸打印出来，牢牢粘贴在板子上，进行烘烤，来回三遍即可，防止时间过长，板子上的碳墨脱落。 4.3 腐蚀电路板将烘烤好的电路板冷却后，撕开油纸，在板子上钻一个小孔，用导线勾住，放进腐蚀槽，进行腐蚀，时间大约为四十分钟。4.4 焊接电路板找齐所需要的元器件，标清楚正负极，以及元件摆布的方向和顺序，在电路板上合
18、理放置，进行焊接。第五章 电路的安装与调试5.1方波三角波发生电路的安装与调试5.1.1安装方波三角波产生电路1. 把两块747集成块插入面包板，注意布局；2. 分别把各电阻对应放入适当位置，注意电位器的接法及电容正负极；3. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。5.1.2调试方波三角波产生电路1. 接入电源后，用示波器进行观察；2. 调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；3. 调节RP2，微调波形的频率；4. 观察示波器，各指标达到要求后进行下一部安装。5.2 三角波正弦波转换电路的安装与调试5.2.1安装三角波正弦波变换电路1. 在电路板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；2.
19、 搭生成直流源电路，注意R*的阻值选取；3. 接入各电容及电位器，注意C6的选取；4. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。5.2.2调试三角波正弦波变换电路1) 接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2) 测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；3) 测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4) 在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压。5.3总电路的安装与调试1. 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察。2. 针对各阶段出现的问题，依次检查电路，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。
20、5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法问题：1. 调试无法出现波形；2. 示波器上出现的波信号不稳定；3. 频率增大时，正弦波和方波幅度不变，三角波幅度明显减小。解决办法：1. 用数字万用表检查电路板是否通路，发现一根导线断了。2. 检查电路板背面焊点存在虚焊现象，再逐次检查焊接饱满。3. 改变积分时间常数的大小。同步减小C1或者Rw1，延长积分时间。第六章 电路的实验结果6.1方波三角波发生电路的实验结果图6-1图6-26.2三角波正弦波转换电路的实验结果图6-3图6-46.3实验电路波形、误差分析及改进方法6.3.第一次调试失真的波形如图6-5图6-5通过旋转RP1和RP2，调整后
21、的波形如图6-6所示。图6-66.3.2第一次调试失真的波形如图6-7图6-7通过旋转RP1和RP2，调节后的波形如图6-8。图6-86.3.3第一次调试失真的波形如图6-9图6-9通过旋转RP4，调整后的波形如图6-10。图6-10第七章 仪器仪表明细清单表8-1仪器名称数量1.直流稳压电源1台2.双踪示波器1台3.UA747芯片1个4.芯片底座1个5.滑变50k（503） 2个6.滑变50k（104） 2个7.470F电容器2个8.47F电容器 1个9.10F电容1个10.1F（105）电容器1个11.0.1F（104）电容器1个12.10K电阻3个13.20K电阻3个14.2K电阻2个15.6.8K电阻1个16.8欧电阻1个17.100K电阻1个18.5.1K电阻1个19.三角开关1个20.三极管4个21.电路板1块22.电烙铁1把23.焊接丝若干24.电源线7根第八章 总结8.1结论8.2展望致谢参考文献1模拟电子技术实验 张国恒 编 西北名族大学电气工程学院2模拟电子技术基础实验与课程设计李万臣 编 哈尔滨工程大学出版社3模拟电子技术基础华成英 编 高等教育出版社4电子技术实验董平 编 电子工业出版社5模拟电子技术基础童诗白 编（第四版）高等教育出版社6模拟电子技术实验及综合实训教程于卫 编 华中科技大学出版社7电子技术基础.模拟部分 康华光 编 高等教育出版社
