信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

目 錄1、 課題名稱22、 內(nèi)容摘要23、 設(shè)計(jì)目的24、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求25、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)36、 電路設(shè)計(jì)及原理分析47、 電路仿真結(jié)果78、 硬件設(shè)計(jì)及焊接測(cè)試89、 故障的原因分析及解決方案1110、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì)12 一、 課題名稱：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)二、 內(nèi)容摘要：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為一種常用的信號(hào)源,是現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測(cè)試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時(shí)，都要有信號(hào)源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號(hào)并加到被測(cè)器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測(cè)量被測(cè)儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號(hào),如正弦波,三角波,方波等,因而此次課程設(shè)計(jì)旨在運(yùn)用模擬電子技術(shù)知識(shí)來(lái)制作一個(gè)能同時(shí)輸出正弦波、方波、三角波的信號(hào)發(fā)生器。三、 設(shè)計(jì)目的：1、 進(jìn)一步掌握模擬電子技術(shù)知識(shí)的理論知識(shí)，培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析能力、解決問(wèn)題的能力。2、 基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?、 學(xué)會(huì)運(yùn)用Multisim仿真軟件對(duì)所做出來(lái)的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真測(cè)試，并能進(jìn)一步解決出現(xiàn)的基本問(wèn)題，不斷完善設(shè)計(jì)。4、 掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試，熟悉萬(wàn)用表等常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法，提高實(shí)際電路的分析操作能力。5、 在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)際電路。四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：1、要求完成原理設(shè)計(jì)并通過(guò)Multisim軟件仿真部分（1）RC橋式正弦波產(chǎn)生電路，頻率分別為300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，輸出幅值300mV5V可調(diào)、負(fù)載1K。（2）占空比可調(diào)的矩形波電路，頻率3KHz，占空比可調(diào)范圍10%90%，輸出幅值3V、負(fù)載1K。（3）占空比可調(diào)的三角波電路，頻率1KHz，占空比可調(diào)范圍10%90%，輸出幅值3V、負(fù)載1K。（4）多用信號(hào)源產(chǎn)生電路，分別產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，頻率范圍400Hz5KHz、輸出幅值5V、負(fù)載電阻1K。軟件仿真部分元器件不限，只要元器件庫(kù)中有即可，但需要注意合理選取。2、要求實(shí)際制作部分上述（4）多用信號(hào)源產(chǎn)生電路，分別產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，頻率范圍100Hz3KHz、輸出幅值5V、負(fù)載電阻1K。3、硬件設(shè)計(jì)：組裝、調(diào)試根據(jù)原理圖焊接的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器.硬件制作部分核心元器件：uA741、LM324、9013，電阻電容不限。五、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：函數(shù)信號(hào)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)信號(hào)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路，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。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波、然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波獲將方波變成正弦波等等，本次設(shè)計(jì)采用先產(chǎn)生方波、三角波，再將三角波變換成正弦波的方法。由比較器和差分器組成方波-三角波產(chǎn)生電路，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)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)，特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可以將頻率很低的三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。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。 波形轉(zhuǎn)換電路：比較器產(chǎn)生方波積分器產(chǎn)生三角波用差分放大電路實(shí)現(xiàn)正弦波，相應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下: 六、 電路設(shè)計(jì)及原理分析(一) 總電路設(shè)計(jì)圖：R1、R2、R3、R4 及U1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器，在U1的6腳輸出方波。R4為可變電阻，可調(diào)節(jié)相應(yīng)方波幅度。R5、R6、R16、C1和U2構(gòu)成積分器，將方波變換成三角波，在U2的6腳輸出三角波。R6為可變電阻，可調(diào)節(jié)方波和三角波的頻率。Q1、Q2及相應(yīng)電阻、電容構(gòu)成差分放大電路，利用差分放大電路傳輸特性曲線的非線性性將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。C2、C3、C4均為隔直通交電容，R7、R11為可變電阻，R7用于調(diào)節(jié)波形失真情況，R11用于調(diào)節(jié)差分放大電路傳輸曲線的對(duì)稱性。Q3、Q4、R13、R14、R15構(gòu)成比例電流源。(二) 方波產(chǎn)生電路： 工作原理：由于同相遲滯比較器具有回差特性，有兩個(gè)門限電壓，設(shè)某個(gè)瞬間電路的輸出電壓為+Uz，此時(shí)滯回電壓比較器的門限電壓為UTH1，輸出信號(hào)經(jīng)電阻R對(duì)電容C充電，uc的波形如圖（a）所示。當(dāng)uc上升到UTH1時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出電壓變?yōu)?Uz，門限電壓也隨之變?yōu)閁TH2，此時(shí)，電容C經(jīng)電阻R放電，當(dāng)該電壓下降到UTH2時(shí)，輸出電壓又回到+Uz，電容又開始充電的過(guò)程，周而復(fù)始，比較器輸出端便得到矩形波信號(hào)Uo。其波形如圖（b）所示。 設(shè)電容器在t=0時(shí)開始充電，充電的初始電壓uc（0）=UTH2，電容器的充電電壓uc最終為+Uz，根據(jù)這些特點(diǎn)可得電容充電過(guò)程三要素為uc（0）=UTH2 ， uc（）=+Uz，=RC根據(jù)一階RC電路的三要素表達(dá)式，可得電容上的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系： 因滯回電壓比較器的門限電壓為： uc從UTH2充電到UTH1所需的時(shí)間為tw， 因電容器充、放電的時(shí)間相等，所以，振蕩的周期 改變R1、R2、R和C的參數(shù)，即可改變輸出信號(hào)的頻率，使充、放電電路的時(shí)間常數(shù)不相等，就可改變輸出信號(hào)的占空比。下圖為仿真時(shí)的方波產(chǎn)生電路：(三) 三角波產(chǎn)生電路：工作原理： 根據(jù)RC積分電路輸入和輸出信號(hào)波形的關(guān)系可知，當(dāng)RC積分電路的輸入信號(hào)為方波時(shí)輸出信號(hào)是三角波，由此可得，利用方波信號(hào)發(fā)生器和積分電路就可以組成三角波信號(hào)發(fā)生器。根據(jù)疊加定理，A1同相端電位 A1的u+=u-=0，則閾值電壓 uo1=UZ，若初態(tài)從-UZ到+UZ，則 該電路振蕩信號(hào)的頻率與三角波輸出信號(hào)的幅度有關(guān)，根據(jù)三角波工作波形可知，正向積分的起始值為-UT，終值為+UT，積分時(shí)間為二分之一周期，可得出振蕩周期 ，三角波輸出信號(hào)的頻率為 電路中的R1、R2、R的阻值和C的容量，可以改變振蕩頻率；而調(diào)節(jié)R1和R2的值可以改變?nèi)遣ǖ姆?。下圖為仿真時(shí)的三角波產(chǎn)生電路：(四) 正弦波產(chǎn)生電路： 三角波轉(zhuǎn)換成正弦波：波形變換的原理是利用差分放大的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過(guò)程如圖所示。由圖可以看出，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Ui應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。 為實(shí)現(xiàn)三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路， 其中R7、R11為可變電阻，R7用于調(diào)節(jié)波形失真情況，R11用于調(diào)節(jié)差分放大電路傳輸曲線的對(duì)稱性。C2、C3、C4均為隔直通交電容。七、 電路仿真結(jié)果1. 方波仿真結(jié)果：2. 三角波仿真結(jié)果：3. 正弦波仿真結(jié)果：八、 硬件設(shè)計(jì)及焊接測(cè)試：(一) 按照電路原理圖進(jìn)行焊接：1. 先使用萬(wàn)用表，測(cè)出所需的電阻值，分辨電容正負(fù)極性，三極管的發(fā)射極、集電極和基極。2. 按照信號(hào)發(fā)生器的原理電路圖，首先在電路板上布置好電路元件，避免焊到最后，沒有剩余空間供其他部分電路焊接。同時(shí)，必須認(rèn)識(shí)到電路板上焊接點(diǎn)的分布，區(qū)分他們是否連接好，已經(jīng)導(dǎo)通，避免短路。3. 最后，依次焊接元器件，連接好導(dǎo)線，接通電源，進(jìn)行測(cè)試。(二) 焊接注意事項(xiàng)：1. 依照器件分布原則，主要版塊盡量分開，布好器件，然后進(jìn)入焊接階段；2. 焊接時(shí)應(yīng)該注意，焊劑加熱揮發(fā)產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)對(duì)人體有害，操作時(shí)，鼻子盡量不要離烙鐵太近，一般注意鼻子與焊接區(qū)域間保持不小于30cm的距離；3. 在不使用電烙鐵時(shí)，應(yīng)把其放在右前方的烙鐵架上，避免導(dǎo)線等被燙壞，并且在多人的環(huán)境中應(yīng)避免烙鐵頭對(duì)準(zhǔn)他人；4. 在使用電烙鐵時(shí)應(yīng)注意手的握法，不能用手直接觸摸烙鐵頭，避免手被燙傷；5. 焊接并初步檢查完后，檢查電路板中是否存在虛焊，尤其注意電路中不要有短路的地方；6. 開始進(jìn)行波形調(diào)試，若開始發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生波形，應(yīng)該用萬(wàn)用表測(cè)試相應(yīng)的參數(shù)并分析；7. 注意芯片的引腳不能短路，否則可能會(huì)燒壞芯片；8. 在調(diào)試時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)不了，這可能是有些引腳短路了，也有可能是滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端未接入電路。(三) 焊接完后實(shí)物如下：(四) 調(diào)試：1. 方波調(diào)試：在信號(hào)輸出端接入示波器，觀察是否有正弦波輸出，調(diào)節(jié)R4實(shí)現(xiàn)方波的幅度可調(diào)，調(diào)節(jié)R6實(shí)現(xiàn)方波的頻率可調(diào)。2. 三角波調(diào)試：如果正弦波正常輸出，換三角波輸出端口，檢測(cè)是否有三角波，調(diào)節(jié)R7實(shí)現(xiàn)三角波的幅度可調(diào)，調(diào)節(jié)R6實(shí)現(xiàn)三角波的頻率可調(diào)。3. 正弦波調(diào)試：接入直流電源后，將C3左邊的線接地，測(cè)量差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)R11使差分放大電路的傳輸特性曲線對(duì)稱，用示波器進(jìn)行觀察并調(diào)試實(shí)現(xiàn)正弦波的幅度和頻率可調(diào)。(五) 示波器輸出波形：方波：三角波正弦波九、 故障的原因分析及解決方案：1. 故障一：測(cè)試電路觀測(cè)不到波形。原因分析：a.電路連接出現(xiàn)問(wèn)題，例如：導(dǎo)線短路，未接地線或者電源線等；b.芯片為不合格品；c.雜波干擾，導(dǎo)致波形不能正常輸出。解決方案：a.仔細(xì)檢查電路，可通過(guò)借助萬(wàn)用表等工具測(cè)試線路問(wèn)題；b.換另一塊合格芯片c.添加濾波電路濾除雜波。2. 故障二：頻率增大時(shí)，正弦波和方波幅度不變，三角波幅度明顯減小。原因分析：積分電路的積分時(shí)間常數(shù)通常是保持不變的，隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時(shí)改變。解決方案：改變積分時(shí)間常數(shù)的大小。同步減小C1或者Rw1，延長(zhǎng)積分時(shí)間。3. 故障三：三角波頂部或底部失真。原因分析：a.方波信號(hào)邊沿失真。b.積分電路時(shí)間常數(shù)選取不當(dāng)。解決方案：a.在方波信號(hào)輸出端增加穩(wěn)幅電路。b.改變積分時(shí)間常數(shù)的大小，或者選擇一大電阻（300K左右）與積分電容C1并聯(lián)，調(diào)節(jié)三角波線性度。4. 故障四：在方波及三角波正常輸出情況下，正弦波失真或輸出不正常。原因分析：a. 三極管連接錯(cuò)誤或三極管已壞，導(dǎo)致波形不能輸出；b.測(cè)試線連接錯(cuò)誤；c.滑動(dòng)變阻器未調(diào)節(jié)好解決方案：a.取出三極管將工作正常的三極管重新焊接好；b.修改輸出線路c.利用相關(guān)工具調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使之處于正常輸出狀態(tài)。十、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì)：此次模電課程設(shè)計(jì)，從原理圖的設(shè)計(jì)仿真，到硬件電路的焊接調(diào)試與設(shè)計(jì)報(bào)告的完成共持續(xù)了一個(gè)多星期的時(shí)間，是我們?cè)趯I(yè)領(lǐng)域內(nèi)的一次深刻而極具意義的實(shí)踐探索，不僅讓我們更進(jìn)一步了解了專業(yè)知識(shí)，也讓我們看到了專業(yè)理論與實(shí)踐相結(jié)合在當(dāng)今信息時(shí)代的重要意義。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容以完成設(shè)計(jì)和焊接一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器為主要內(nèi)容，主要利用本專業(yè)常使用的一個(gè)仿真軟件multisim來(lái)完成前期的準(zhǔn)備設(shè)計(jì)，期間也給予了我們很多自我探索和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，比如需要我們自己上網(wǎng)搜索所需運(yùn)放器ua741的芯片引腳以及相應(yīng)參數(shù)和應(yīng)用知識(shí)。以下幾點(diǎn)便是我在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)專業(yè)理論知識(shí)和課程實(shí)踐的深刻認(rèn)識(shí)：1.在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要注意安全用電。當(dāng)檢查好所使用的電是安全的并準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器件后再開始實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)后要記得斷開電源，避免造成不必要的浪費(fèi)和安全事故。2.學(xué)會(huì)識(shí)別和鑒別元器件是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要步驟。比如說(shuō)極性電容的極性問(wèn)題，ua741芯片的引腳接法，三極管的三端口識(shí)別，電阻阻值判斷等，若沒有事先了解和學(xué)習(xí)就會(huì)很容易遭成電路連接錯(cuò)誤而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能順利的完成。3.進(jìn)行電路板的焊接時(shí)一定要一步一個(gè)步驟，按照要求來(lái)做，并注意即時(shí)清理電路板上的雜質(zhì)，看清原理圖，才能避免出現(xiàn)不必要的線路問(wèn)題（短路或者虛焊等），保證焊接出標(biāo)準(zhǔn)的焊點(diǎn)，才能使焊接順利完成。4.調(diào)試電路時(shí)，可以分塊調(diào)試，比如本次實(shí)驗(yàn)中可以先測(cè)出方波和三角波產(chǎn)生電路圖，然后再檢測(cè)正弦波的產(chǎn)生，這樣可以節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，以免所有的電路出錯(cuò)而導(dǎo)致檢查時(shí)不必要的麻煩出現(xiàn)。5.關(guān)于對(duì)原理圖的仿真，可用multisim軟件或者protues軟件。當(dāng)然，我們只有認(rèn)真學(xué)習(xí)和熟練使用后才能完成對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)及對(duì)一門課程進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐的要求。6.只有多次進(jìn)行實(shí)踐，深入地學(xué)習(xí)和分析理論，認(rèn)真的了解相關(guān)軟件，我們才能出色的完成這門課程對(duì)我們的要求。課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技術(shù)，通過(guò)查詢資料，也了解信號(hào)發(fā)生器的原理及構(gòu)成。 回顧起此課程設(shè)計(jì)我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時(shí)請(qǐng)教不斷探索，只要認(rèn)真鉆研，動(dòng)腦思考，動(dòng)手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識(shí)，收獲頗豐。最后，就此電路未實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)做出思考，如右圖，電位器RP用來(lái)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的占空比。 二極管D1和D2的作用是控制充、放電回路的時(shí)間常數(shù)，實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的目的，如右圖所示。 附錄：一、 參考文獻(xiàn)：1. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)/楊明欣主編北京：高等教育出版社，2012.7（20134重?。?. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程 何鳳庭主編 湘潭大學(xué)出版社3. UA741datasheet二、 所需元器件清單名稱規(guī)格個(gè)數(shù)名稱規(guī)格個(gè)數(shù)集成運(yùn)放7412片電阻8K1個(gè)三極管90134個(gè)電阻20K1個(gè)可調(diào)電阻47K2個(gè)電阻5.1K1個(gè)可調(diào)電阻100K1個(gè)電阻2K2個(gè)可調(diào)電阻0.2K1個(gè)電容1uf1個(gè)電阻10K5個(gè)電容470uf3個(gè)電阻6.8K2個(gè)