东华大学压控函数发生器课程设计报告.docx-资料库

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压控函数信号发生器课程设计报告姓名：张志强学号：130920222 班级：通信 1302 班 1

目录 1. 摘要·························································3 2. 设计概述·····················································4 3. 设计任务及要求···············································4 3.1 设计任务··················································4 3.2 设计要求··················································5 4. 总体方案·····················································6 4.1 曾选的方案················································6 4.2 所选方案简要原理··········································7 4.3 方案的优缺点··············································8 4.4 选定方案的理由············································8 5.单元电路设计···················································9 5.1 输入电路···················································9 5.2 极性变换电路··············································10 5.3 积分电路··················································11 5.4 施密特比较反馈电路········································12 5.5 非线性转换电路············································14 6.总体电路·······················································14 6.1 总体电路图················································14 6.2 各电路的工作原理··········································15 6.3 电路仿真及波形图··········································15 7.组装与调试····················································16 7.1 使用的主要仪器、仪表······································16 7.2 测试的数据和波形··········································18 7.3 组装与调试的方法、技巧和注意事项··························19 7.4 故障、原因及诊断与排除方法································20 8.电路的特点以及改进意见·········································20 9.参考文献·······················································21 10.心得体会······················································22 2

1.摘要摘要压控函数信号发生器首先通过输入电路得到要求的电压调节范围 0-10V，通过极性变换电路在有反馈方波的条件下输出 0-10V 方波，输出的方波通过积分电路转换成±4V 三角波。输出的三角波一方面通过施密特比较反馈电路生成方波作为电路的反馈，一方面通过非线性转换电路输出±2V 的正弦波。设计的电路要求输出频率与输入电压呈线性关系。在本课程设计中要求先对画出电路原理图并标出合理的电路参数，然后在 multisim 10.0 上进行仿真，最后连接面包板在实验室进行测试并记录结果。关键字：集成，极性变换电路，积分电路，比较反馈电路，非线性转换电路，multisim10 仿真。 3

2.设计概述函数信号发生器是一种能输出多波形的信号源，可以产生正弦波、方波、三角波以及锯齿波等，且输出信号的频率范围较宽，因而在生产测试、仪器维修和实验室教学等方面都有着广泛的应用，是一种不可或缺的通用信号源。通过本次课程设计，应在了解函数信号发生器设计原理及构成的基础上，利用集成运放、积分电路以及差分放大电路等器件构成电路，设计完成一个压控函数信号发生器。通过改变输入电压，实现输出频率的调节，并变换产生方波、三角波以及正弦波三种信号波形。 3.设计任务及要求 3.1 设计任务选取基本集成放大器 LF353P、三极管 9012 和三极管 9013 等器件设计并制作一个简易的函数信号发生器。首先，在 multisim 软件平台环境下进行电路设计和原理仿真，选取合适的电路参数，通过输出波形测试压控函数发生器的运行情况。其次，在硬件设计平台上搭建电路，并进行电路调试，通过示波器观测电路的实际输出波形。最 4

后，将电路实际输出波形与理论分析和仿真结果进行比较，分析产生误差的原因，并提出改进方法。 3.2 设计要求 (1)性能指标要求 ①电压电源： 12 V。 ②输入信号：直流信号 0-12V。 ③输出信号：方波信号 0-10V，三角波信号 4 V，正弦波信号 2 V。 ④输出信号频率：0-1kHz,0-10kHz。 ⑤线性频率转换最大误差：小于 30 Hz,小于 300  Hz。 ⑥其他要求：输出信号波形均无明显失真。 (2)设计报告要求 ○1 课程名称和内容目录及摘要。 ○2 设计任务和要求。 ○3 总体方案选择的论证。内容含曾考虑过的各方案框图、简要原理和优缺点以及所选定方案之理由等。 ○4 单元电路的设计、公式推导参数计算和元器件的选择，并进行单元电路的计算机软件仿真，并分析仿真结果。 ○5 绘出总体电路图，并分别说明各电路的工作原理，进行电路系统整体计算机软件仿真，搞懂单元图功能及各点的信号波形图。 ○6 组装与调试，内容应含： A. 使用的主要仪器、仪表，应列出名称、型号、出产厂家和出产年 5

月等。 B. 测试的数据和波形，必要时应与计算结果比较并进行误差分析。 C. 组装与调试的方法、技巧和注意事项。 D. 调试中出现的故障、原因及诊断与排除方法。 ○7 所设计电路的特点以及改进意见。 ○8 所用元器件的编号列表。列表项目为序号、符号与编号、名称、型号与规格、数量以及必要的说明等。列出参考文献，格式为作者、文献名、出版单位、出版时间。 ○9 记录实验结果和调试心得，判断误差原因，完成实验结果分析。 4 总体方案 4.1 曾选方案用电容电阻等分立元件和集成运算放大器组成压控函数信号发生器产生方波、三角波和正弦波。但三种波产生的先后顺序不固定，所以我曾考虑过通过 RC 文氏电桥震荡电路先产生正弦波，然后通过整形电路把正弦波转换成方波，再通过积分电路把方波转换成三角波。具体框图如下图 4.1。 6

正弦波输出输入电路 RC 文氏电桥震荡电路整形电路方波输出三角波输出积分电路图 4.1 优点:此方案电路模块较少，比较简单。没有反馈输入减小了实验误差。缺点：RC 文氏电桥震荡电路连接需要多个电阻电容，连接比较麻烦，在面包板上连接容易出错，而且该电路产生正弦波需要起振条件 12 R fR 有非常好的线性度，故 fR 合以上因素我决定采用实验指导书上的实验方案。，增加了实验的控制难度。又因为同相比例运算电路 1R 可用热敏电阻，对器件要求太高。综 4.2 所选方案简单原理首先用电阻和滑动变阻器设计电路实现输入 0-10V 电压，再以 LF353P 为核心元件分别设计电压跟随器进行阻抗变换、极性变换电路把输入信号转换成 iu 、积分电路与施密特比较反馈电路生成三角波和方波信号。最后在差分放大电路的非线性作用下，将三角波转 7

换成正弦波。原理框图如下图 4.2 三角波输出输入电路极性变换电路积分电路非线性转换电路正弦波输出方波输出施密特比较反馈电路图 4.2 压控函数信号发生器原理框图 4.3 方案的优缺点优点：实验电路原理简单，便于理解。各单元电路的参数计算也很简单方便，连接电路也比较简单。缺点：实验电路需要施密特比较反馈电路，因此如果比较反馈电路所出的方波信号失真或误差较大，对整个电路的影响也就很多。因此对电路的参数和连接要求很高。 4.4 选定方案的理由 ○1 通过极性变换电路将原始信号转换为正负对称的方波信号，再通过积分电路可将其转换为三角波。 ○2 基本电压比较器利用电阻比值的变化得到三角波的幅值，同时给出信号，使极性变换电路改变输入电压的极性。 ○3 当非线性转换电路即差分放大电路静态工作点的电压稳定在 6V-7V 时，可使三角波的上半部分进入截止区的非线性失真，下半部分进入饱和区的非线性失真。使得三角波的波峰和波谷变缓，进而得 8

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