《模拟电子技术基础》课程设计报告

     题目 低频信号发生器   

                     班级    XX XXXX      

                     姓名      XXXX     

                     学号   20121192XXXX  

                     成绩                  

                     日期     16           

                     低频信号发生器

一、课题名称与技术要求

1设计能产生正弦波，矩形波（占空比可调）和锯齿波等多种信号的函数信号发生器。

2主要技术指标和要求

       a输出信号的工作频率范围10Hz～10KHz，连续可调

       b输出各种信号波形幅值0～10V，连续可调

二、内容摘要

     信号产生电路有正弦波和非正弦波振荡电路两种形式。

正弦波振荡电路是由正反馈网络和放大电路组成。常见的有RC正弦波振荡电路和LC正弦波振荡电路。非正弦信号产生电路主要有方波、矩形波、三角波和锯齿波等信号发生电路。矩形波发生电路由一个可调占空比的迟滞电压比较器组成。方波是占空比为50%的矩形波的一种特殊形式。锯齿波发生电路由一个同相输入迟滞比较器和一个可调占空比的积分电路组成。三角波又是占空比为50%的锯齿波的特殊形式。

对于正弦波产生电路，关键就是熟悉选频网络的选频特性。对于非正弦产生电路，关键是要明确放大电路引入的是正反馈，因为只有正反馈才能使电路产生振荡。本方案采用RC正弦波振荡电路，迟滞电压比较器和RC积分电路。将这三个电路连接在一起，会依次产生正弦波、方波和三角波。由于矩形波积分后不能产生锯齿波，上述方案不能实现，所以单独设计一个矩形波产生电路。由于矩形波与方波的不同之处在于矩形波的高电平持续时间与低电平持续时间不相等，可以在方波产生电路中设法使电容的充放电时间不相等来实现，即利用二极管的单向导电性实现，这就是一个可调占空比的矩形波发生电路。

三、总体设计方案论证及选择

（1） RC正弦波振荡电路产生正弦波，作为输入信号，通过迟滞电压比较器产生方波，再作为输入信号，通过积分电路产生三角波。原理图如下：

 

                                                                                                                

 

                     正弦波                方波                三角波

1.      正弦波产生电路

a电路图如下：

   

b. 分析

上图是RC串并联正弦波振荡电路，又称文氏桥。反馈网络和选频网络由RC串并联网络组成，同时加入了一个C007芯片作为放大电路。

由RC串并联网络的选频特性知，在w=w。=1/RC时，选频网络的相位差为0°，同相比例运放电路的相位差也为0°，因此满足φf+φa=2nπ相位平衡条件。且当w=w。时，Fu=1/3，Au=1+Rf/R1>3，满足起振条件，输出就会产生接近正弦的波形。振荡电路起振后，如果一直维持Au>3，则因振幅的增长，使放大器工作到非线性区域，波形将会严重失真。因此可以采用二极管的稳幅特性维持输出电压恒定。如图，在R5两端并联两个二极管D1、D2，自动调节Au，实现稳幅的目的。

c. 输出波形

d. 元器件的选择

 1.U1： C007运算放大器

 2.D1、D2：IN4448二极管  

 3. R1：10 KΩ   R3：2.5 KΩ   R4：10 KΩ

4.C1、C2：0.1uF的电容器  

 5.V1、V2： 15V的直流电压源  

 6. R2：10 KΩ的可变电阻器   R5：20 KΩ的可变电阻器  

2.  方波发生电路

 a电路图如下：

b. 分析

    上图由一个迟滞电压比较器和RC积分延时电路组成，在电路中，迟滞电压比较器起开关作用，RC电路起反馈和延时作用。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

设运放输出端的正负饱和电压分别为+和-，则迟滞比较器的上、下限阈指电压分别为=,=-。设方波发生器的输出端的初始值为+，电容端电压的初始值为0。刚开始，运放的输出端通过电阻R给C充电，电容C的端电压开始按指数规律逐渐上升。当<时，<，输出保持+不变；当电容电压上升到，立即由+跳到-。方波发生器的输出为=-，运放同相输入端的电压=。此时，电容C通过电阻R和运放的输出端放电，电容C的端电压从开始按指数规律逐渐下降。当>时，>，输出保持-不变；接着，电容电压下降到，立即由-又跳到+。

c. 输出波形

 

d. 元器件的选择

1. U2：理想运算放大器

2. R6：10KΩ   R7：20KΩ  R8：1KΩ    R9：5.1KΩ

3. D3：05AZ2.2型稳压管  D4：02BZ2.2型稳压管

3.  三角波发生电路

 a电路图如下：

b. 分析

如上图所示，它是一个积分电路。对方波信号进行积分，就可以得到线性度高的三角波信号。当电路开始振荡的时候，电容就会进行充放电。由于它充电回路与放电回路相同，积分电路输出电压上升与下降的时间相等，上升与下降的斜率的绝对值也相等，因此输出是三角波。

c. 输出波形

d. 元器件的选择

1.  U3： 理想运算放大器 

2.  C3： 22nF 

3.  R10：10 KΩ

（2）占空比可调的矩形波发生电路

  a电路图如下：

b. 分析

由图中得出=,=τ2。

又 所以

=

由于方波发生器输出波形的占空比不能改变，其值为50％。则该电路通过二极管和调整电容C的充放电时间常数，来改变占空比和频率，同时调节的比值来改变占空比引起的频率的改变，从而实现调节占空比后，调节电阻来接续调节为原有频率。

c. 输出波形

d. 元器件的选择

1. U：741运算放大器

2. D1、D2：05AZ2.2型稳压管

3. D3、D4：IN4448二极管

4. .R1: 18KΩ  R2: 40KΩ  R3:100KΩ  R4：2KΩ

5. R5：1 KΩ的可变电阻 

6. C：0.01µF

7.V1、V2：12V的直流电源

（3）总电路图及输出波形

 

第二篇：模拟电子技术基础课程设计实验报告

                     低频信号发生器

一、课题名称与技术要求

1设计能产生正弦波，矩形波（占空比可调）和锯齿波等多种信号的函数信号发生器。

2主要技术指标和要求

       a输出信号的工作频率范围10Hz～10KHz，连续可调

       b输出各种信号波形幅值0～10V，连续可调

二、内容摘要

     信号产生电路有正弦波和非正弦波振荡电路两种形式。

正弦波振荡电路是由正反馈网络和放大电路组成。常见的有RC正弦波振荡电路和LC正弦波振荡电路。非正弦信号产生电路主要有方波、矩形波、三角波和锯齿波等信号发生电路。矩形波发生电路由一个可调占空比的迟滞电压比较器组成。方波是占空比为50%的矩形波的一种特殊形式。锯齿波发生电路由一个同相输入迟滞比较器和一个可调占空比的积分电路组成。三角波又是占空比为50%的锯齿波的特殊形式。

对于正弦波产生电路，关键就是熟悉选频网络的选频特性。对于非正弦产生电路，关键是要明确放大电路引入的是正反馈，因为只有正反馈才能使电路产生振荡。本方案采用RC正弦波振荡电路，迟滞电压比较器和RC积分电路。将这三个电路连接在一起，会依次产生正弦波、方波和三角波。由于矩形波积分后不能产生锯齿波，上述方案不能实现，所以单独设计一个矩形波产生电路。由于矩形波与方波的不同之处在于矩形波的高电平持续时间与低电平持续时间不相等，可以在方波产生电路中设法使电容的充放电时间不相等来实现，即利用二极管的单向导电性实现，这就是一个可调占空比的矩形波发生电路。

三、总体设计方案论证及选择

（1） RC正弦波振荡电路产生正弦波，作为输入信号，通过迟滞电压比较器产生方波，再作为输入信号，通过积分电路产生三角波。原理图如下：

 

                                                                                                                

 

                     正弦波                方波                三角波

1.      正弦波产生电路

a电路图如下：

   

b. 分析

上图是RC串并联正弦波振荡电路，又称文氏桥。反馈网络和选频网络由RC串并联网络组成，同时加入了一个C007芯片作为放大电路。

由RC串并联网络的选频特性知，在w=w。=1/RC时，选频网络的相位差为0°，同相比例运放电路的相位差也为0°，因此满足φf+φa=2nπ相位平衡条件。且当w=w。时，Fu=1/3，Au=1+Rf/R1>3，满足起振条件，输出就会产生接近正弦的波形。振荡电路起振后，如果一直维持Au>3，则因振幅的增长，使放大器工作到非线性区域，波形将会严重失真。因此可以采用二极管的稳幅特性维持输出电压恒定。如图，在R5两端并联两个二极管D1、D2，自动调节Au，实现稳幅的目的。

c. 输出波形

d. 元器件的选择

 1.U1： C007运算放大器

 2.D1、D2：IN4448二极管  

 3. R1：10 KΩ   R3：2.5 KΩ   R4：10 KΩ

4.C1、C2：0.1uF的电容器  

 5.V1、V2： 15V的直流电压源  

 6. R2：10 KΩ的可变电阻器   R5：20 KΩ的可变电阻器  

2.  方波发生电路

 a电路图如下：

b. 分析

    上图由一个迟滞电压比较器和RC积分延时电路组成，在电路中，迟滞电压比较器起开关作用，RC电路起反馈和延时作用。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

设运放输出端的正负饱和电压分别为+和-，则迟滞比较器的上、下限阈指电压分别为=,=-。设方波发生器的输出端的初始值为+，电容端电压的初始值为0。刚开始，运放的输出端通过电阻R给C充电，电容C的端电压开始按指数规律逐渐上升。当<时，<，输出保持+不变；当电容电压上升到，立即由+跳到-。方波发生器的输出为=-，运放同相输入端的电压=。此时，电容C通过电阻R和运放的输出端放电，电容C的端电压从开始按指数规律逐渐下降。当>时，>，输出保持-不变；接着，电容电压下降到，立即由-又跳到+。

c. 输出波形

 

d. 元器件的选择

1. U2：理想运算放大器

2. R6：10KΩ   R7：20KΩ  R8：1KΩ    R9：5.1KΩ

3. D3：05AZ2.2型稳压管  D4：02BZ2.2型稳压管

3.  三角波发生电路

 a电路图如下：

b. 分析

如上图所示，它是一个积分电路。对方波信号进行积分，就可以得到线性度高的三角波信号。当电路开始振荡的时候，电容就会进行充放电。由于它充电回路与放电回路相同，积分电路输出电压上升与下降的时间相等，上升与下降的斜率的绝对值也相等，因此输出是三角波。

c. 输出波形

d. 元器件的选择

1.  U3： 理想运算放大器 

2.  C3： 22nF 

3.  R10：10 KΩ

（2）占空比可调的矩形波发生电路

  a电路图如下：

b. 分析

由图中得出=,=τ2。

又 所以

=

由于方波发生器输出波形的占空比不能改变，其值为50％。则该电路通过二极管和调整电容C的充放电时间常数，来改变占空比和频率，同时调节的比值来改变占空比引起的频率的改变，从而实现调节占空比后，调节电阻来接续调节为原有频率。

c. 输出波形

d. 元器件的选择

1. U：741运算放大器

2. D1、D2：05AZ2.2型稳压管

3. D3、D4：IN4448二极管

4. .R1: 18KΩ  R2: 40KΩ  R3:100KΩ  R4：2KΩ

5. R5：1 KΩ的可变电阻 

6. C：0.01µF

7.V1、V2：12V的直流电源

（3）总电路图及输出波形

   

四、收获与体会及存在问题

   通过两个多星期的努力，终于完成了课程设计。这是我迄今为止历时最长，耗费精力最多，同时也是我从中收获最多的一次课程设计。记得刚开始学习这一部分知识的时候，觉得挺简单。没想到真要实践它的时候，发现它并不是想象中的那么简单。但最终我通过请教老师，查阅大量资料，和同组同学刘炜多次激烈讨论，完成了此次课程设计。感谢我的指导老师，如果没有她，我的课程设计也不可能圆满完成。这次课设让我懂得了很多，也学到了很多课本上没有的知识。

就像动手查阅资料，与别人交流讨论问题的好处。自己的知识总是很局限，查资料和探讨问题会扩大自己的知识面。

期间遇到了很多棘手的问题。比如设计的电路图，在理论上都讲得通，可是在虚拟实验室里模拟的时候，却实现不了。一方面是对电路参数的不熟悉，另一方面是不能很好的使用模拟实验室软件。通过请教老师，在老师的帮助下，多次改变电阻值，电容值以及一些小细节，最终产生了波形。又比如元件参数的计算和元器件的选择。如果不通过查阅资料，是没有办法完成的。

虽然完成了此次课设，但是其中还有很多不足之处，请老师见谅。如果还有更充裕的时间，我相信我会做得更好。

成都理工大学

    电子设计仿真与虚拟实验

信息科学与技术学院

计算机科学与技术三班

姚汛

            

201005030319

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