1、函数信号发生器的设计模板沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子线路课程设计 课程设计题目 函数信号发生器的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标1设计能产生正弦波等波形的函数信号发生器，2信号频率范围： 1Hz100kHz；3输出波形要求 正弦波 谐波失真度2%； 方波 上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%50%之间； 4输出信号幅度范围：020V；二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，
2、用multisim软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 阎石，数字电子技术（第五版）M北京：高等教育出版社，2005.3. 陈孝彬555集成电路实用电路集高等教育出版社2002-8 4. 王刚 TTL集成电路应用 机械工业出版社 2000-10五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分
3、最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日一、概述函数信号发生器在生活中很常见，在许多领域都要用到。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、中频信号发生器、高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅
4、度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。在本设计中采用分立元件达成非稳态的多谐振荡器、然后根据具体需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，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。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。二、方案论证本设计的任务指标：1.设计能产生正弦波等波形的函数信号发生器；2.信号频率范围：1Hz100kHz；3.输出波形要求(1)正弦波
5、 谐波失真度3,即R82R3,振荡电路就能满足自激振荡的振幅和相位起振条件，产生自激振荡，振荡频率f等于f=1/2RC。在图2中，R8=10.2k，R3=5k，R82R3，满足自己振荡条件。在满足自激条件的前提下，R8越小，正弦波失真越小，所以可以尽量减小R8来满足正弦波谐波失真度小于2%的条件。为了使输出幅度比较稳定，在R3回路串联两个并联的稳压管D1、D2，以及在输出加入了R4、R5、R6、R7组成非线性环节，使输出电压更加稳定。电压放大器图2 RC桥式振荡电路 在本设计中，要求频率在1HZ100kHZ可调，由RC振荡电路f=1/2RC可得，令R=158k，即R1=R2=158k，则由公式
6、，当电容C选择不同的数值时，频率可变为不同的数值，如图2，当连接不同的可变电容时，可以对正弦波频率进行粗调，对可变电容的值进行变化，可以实现正弦波频率的细调，由此实现了频率在范围内的分段可调。由于RC串并联电路中的RC应该保持一致，根据计算得，当开关组接C1=C4=100pF时频率可调范围是10k100kHZ,当接C3=C5=100nF时频率可调范围是101kHZ，当连接C2=C7=1nF时，频率可调范围是1k10kHZ,当连接C6=C8=1uF时，频率可调范围是110HZ，由此实现了频率在范围内可调。 2.电压放大器电路电路如图3所示。放大电路可对输入信号的幅值进行放大，放大倍数为N=(R9
7、+R10)/R10。由于R9为滑动变阻器，可以调节阻值，所以放大倍数可以随阻值的变化而变化，间接实现了输出信号的幅度范围可调。电压比较器RC振荡电路图3 电压放大器 3.电压比较器电路 电路如图4所示 电压放大器示波器图4 电压比较器 电压比较器简称比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极性。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换，模数转换以及越限报警等许多场合。在本设计中，电压比较器可以将输入信号转变为方波，并且输出频率与输入频率一致，是理想的方波产生电路，可以很好的满足本设计的要求。比较器采用了滑动变阻器，方便调节方波
8、的占空比，占空比=R11/(R11+R12)，R11为滑动变阻器，改变R11的阻值，可调节占空比，满足本设计要求占空比48%50%的指标。在电压比较器后接入施密特触发器，使产生的方波更加理想。四、性能测试1.RC振荡电路的测试当开关接通C3、C5，调节可变电容令C3=C5=4nF时，因为选择了R1=R2=158k，由f=1/2RC得，此时频率应为250HZ。产生的波形结果如图5所示。仿真结果为频率为251HZ，如图6所示，与预期基本一致，且产生的正弦波波形较为理想。所以此RC振荡电路性能合格。图5 电容选择4nF时产生的正弦波图6 电容选择4nF时正弦波的频率此时正弦波的谐波失真度如图7所示。
9、图7 频率251HZ时的谐波失真度为了测试RC振荡电路的频率可调性，令开关接通可变电容C1、C4，调节可变电容令C1=C4=100pF，因为选择了R1=R2=158k，由f=1/2RC得，此时频率应为10kHZ。波形仿真结果如图8所示。仿真结果频率为9.9kHZ，如图9所示。与预期基本一致。图8 电容选择100pF时产生的正弦波图9 电容选择100pF时正弦波的频率此时谐波失真度如图10图10 频率为9.9kHZ时的谐波失真度由仿真结果可得，正弦波可正常产生并且范围可调，电路符合要求。并且正弦波的谐波失真度满足谐波失真度=2%的条件，符合指标。2.放大电路测试采用RC振荡电路测试中图5所示的2
10、51HZ频率进行测试，未放大前幅值为2.8V，放大5倍后应为14V，在仿真中选择滑动变阻器为40k，则放大倍数为N=(40+10)/10=5，仿真结果如图11所示。仿真中放大后幅值为13.8V，与预期基本一致，符合要求。图11 放大电路仿真结果3.电压比较电路测试依旧选择图5所示251HZ频率进行测试，令R11=10k，因为R12=10k，则占空比=R11/(R11+R12)=10/(10+10)=50%，仿真结果如图12所示，产生了频率与输入一致的理想方波，电路符合预期结果。图12 电压比较器仿真结果方波的上升沿下降沿时间如图13所示。图13 方波的上升沿下降沿时间方波上升沿下降沿时间为80
11、0ps，满足指标要求小于200ns的条件。综上，由RC振荡电路测试，电压放大电路测试，电压比较电路测试结果得，本设计所要求的指标均已满足，所以此设计方案可行。五、结论 历经千辛万苦，终于完成了这次的课程设计，我完成的速度比较慢，大概是模电的知识都忘的差不多了，所以设计起来，需要从书开始看起，看了也不是很懂，从而降低了速度。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
12、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设计才会有深刻理解。能够完成这次的课程设计，我认为离不开同学们的帮助，在课设过程中，我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。课设中暴露出我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。
13、知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我学到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！ 参考文献1 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006年2 陈振官等编著.
14、 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年3 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础.M北京：高等教育出版社，2006年4 陈孝彬主编. 555集成电路实用电路集.M北京：高等教育出版社，2002年5 王刚主编. TTL集成电路应用.M北京：机械工业出版社，2000年6 陈永甫主编. 新编555集成电路800例.M北京：电子工业出版社，2000年7 王玉凤主编. 电路设计与仿真.M北京：清华大学出版社，2005年8 于卫主编. 模拟电子技术实验.M武汉：华中科技大学出版社，2008年9 Paul R. Gray. Analysis and Design of Analog Integrated Gircuits.M.America，2001附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1U1、U2 集成运放OP07AH22U3 集成运放74113U4A施密特触发器7414N14C1、C4可调电容100pF25C5、C3可调电容100nF26C7、C2可调电容1nF27C8、C6可调电容1uF28R1、R2电阻158k29R9、R11滑动变阻器80k、20k210R3、R10、R12电阻10k311R4、R7电阻49.6k212R5、R6电阻2.9k213R5、R14电阻5k、1k214D1、D2稳压管DBREAK2
