模拟电子技术-函数信号发生器

课程名称： 题 目：

模拟电子技术课程设计

函数信号发生器设计

一、设计任务与要求

1.设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数

发生器，

本信号发生器可以考虑用专用集成芯片（如5G8038等）为核心实现。 2.信号频率范围： 1Hz∽100kHz； 3.频率控制方式：

① 手控 通过改变RC参数实现； ② 键控 通过改变控制电压实现；

③ 为能方便地实现频率调节，建议将频率分档； 4.输出波形要求

① 方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间； ② 非线性误差≤2%；

③ 正弦波 谐波失真度≤2%； 5.输出信号幅度范围：0∽20V； 6.信号源输出阻抗：≤1Ω； 7.应具有输出过载保护功能；

8.具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。

二、方案设计与论证

函数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或仪器。此次所要设计的函数信号发生器，主要是产生正弦波，方波，三角波。

产生正弦波的主要是RC桥式正弦波振荡电路，然后再由滞回比较器将正弦波转换为方波，再由积分放大电路将方波转换为三角波，最后由低通滤波电路将三角波转换为正弦波。

三、单元电路设计与参数计算

正弦波：

产生正弦波振荡的条件为:

1. 引入正反馈网络，放大电路，选频网络和稳幅环节四个组成部分。 2. 满足起振条件：｜AF｜>1.

3. 放大电路是否能正常工作：静态工作点是否合适，动态信号能不能放大 4. 判断电路是否引入正反馈：利用瞬时极性法

正弦波震荡的平衡条件为：

AF1

··

5. 当f=f0时，F=1/3,则A=AU=3，又因为起振条件：｜AF｜>1，所以

AuUoUp1RfR13

Rf2R1

调节振荡器频率的方法为：

f

102RC

RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波：

原因：要提高其振荡频率，必须减小 R 和 C 的值，放大器的输出电阻和晶体管的极间电容将影响其选频特性，输出频率不稳定。

正弦波发生电路

方波：

方波的产生电路是用的滞回比较器：

ui UREF R1 - + A R2 R uo Uz

因为：u0UzR1uPUZ

RR 所以：12 因为：

uNuPu 所以：P就是阀值电压

UT1R1R1R2UZ

UT2R1UZR1R2

R1UTUZ 即R1R2UT也称为上下门限电压，所以其电压传输特性为：

uo +UZ -UT O -UZ

+UT ui

但回比较器灵敏度,但抗干扰能力强。 滞低

方波发生电路

三角波：

三角波的产生电路为积分电路，所以只要将矩形波电路的输出（方波）作为积分电路的输入，在积分电路的输出端就可以得到三角波电压输出。 又因为根据虚短虚断，可得：

1u0RCu01dt

三角波发生电路

过载保护电路：

利用二极管可以实现输入电压的过电压保

护

导通，使集成运放的净输入电压限定在二极管的导通电压。图中的R4为二极管

，当电压大到一定程度时二极管

的限流电阻，确保二极管不会因为正向电流过大而损坏。

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

2．元件清单 元件序号 V1 V2 VCC VEE 型号 主要参数 12V 12V 15V -15V 数量 备注 1 1 1 1 D1 D3 D2 D4 U1A U2A-U3A R4-R5 1N4001 1N4001 LM324N LM324AD 5V 5V 1.07KΩ 100KΩ 1 1 1 1 1 2 2 3 R7、R12、 R8 R1 R2 R13、R14 C1 C3、C4 Key 9.5MΩ 330kΩ 30KΩ 0.01uF 0.22uF 1 1 2 1 1 3 3 XFC1-XFC3 导线 若干 五、仿真调试与分析

仿真结果及分析

方波

三角波

六、结论与心得

经过一个多星期的努力，终于完成了这次的课程设计，但是心里并没有完成之后的喜悦感，这次的课程设计，我完成的速度比较慢，我想，大概模电的知识我都忘的差不多了，所以设计起来，总是这翻翻那翻翻，而且翻了，看了也不懂，从而降低的速度。在这次实习中，我主要是通过网络资源来解决问题的，虽然在设计的结果没有那么好，但至少还是完成了。而这也是我高兴了，毕竟通过自己的努力去完成一件事，可以体现自己的价值。在这次实习中，又让我再一次感到，原来理论和实践是有区别的，如果不能把自己的理论知识，运用于实践当中，我们所学的东西，也毫无用武之地。心里还是有一点成就感，通过这次课程设计，自己学会了很多，增加了自己对模电的认识，以及对一些电路元件的认识，这次设计还使我认识到，电路设计需要耐心，需要一种整体的思维，而且遇到点问题很正常，关键要学会分析问题，善于解决问题，很多东西要弄懂弄透，不断积累经验。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

能够完成这次的课程设计，我认为离不开同学们的帮助，在实验过程中，我们也遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。经过反复选择、参考教科书和同学的帮助，把问题一一解决了。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态。

七、参考文献

⑴《现代电子学及应用》，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，1994年 ⑵《电子系统设计》，何小艇等编，浙江大学出版社，2000年 ⑶《集成电子技术基础教程》，郑家龙、王小海、章安元编，高教出版社，2002年 ⑷《电子技术课程设计指导》 彭介华编，高等教育出版社，1997年

⑸《新编555集成电路应用800例》 陈永甫编著 电子工业出版社 2000年 ⑹《实用电子电路手册（模拟电路分册）》编写组编，高教出版社，1991年 ⑺《国产集成电路应用500例》，周仲编，电子工业出版社，1992年

⑻《新编555集成电路应用800例》 陈永甫编著 电子工业出版社 2000年 ⑼《电子线路设计·实验·测试》（第三版） 谢自美主编 华中科技大学出版社 2006年