目录

1、摘要.......................................................2

2、概述.......................................................3

3、时间安排...................................................3

4、设计内容...................................................4

  4、1  设计目的及意义 .......................................4

  4、2  设计任务及要点........................................5

  4、3  设计步骤  ............................................5

  4、4  总体设计思路和总体电路图  ......................6

     4、4、1  函数信号发生器设计思路  ...................6

4、4、2 函数信号发生器原理  .......................7

4、4、3 总体电路图.................................8

 4、5  单元电路设计与原理说明  .............................9

4、5、1  方波产生电路工作原理  .........................9

4、5、2   三角波产生电路工作原理  .......................10

 4.6  元器件及参数选择  ....................................11

   4.6.1  方波信号发生器元器件及参数选择  .................11

   4.6.2   三角波信号发生器元器件及参数选择  ...............12

 4.7   电路仿真  ...........................................14

4.7.1  矩形波仿真结果  .................................14

 4.7.2   三角波仿真结果  ................................15

4.8  PCB版制作与调试  .....................................16

5、心得与体会  ..............................................17

6、参考文献资料   ...........................................18

7、附录  ....................................................19

附录A  元器件清单  .........................................19

附录B  实际电路板图  .......................................20

 附录C  总电路图附录  .......................................21

摘 要

 此设计的信号发生器是有正弦波电路开始的，采用的是文氏桥正弦波振荡电路。他适用于产生低于1MHz的低频正弦振荡信号，振幅和频率稳定，而且频率调节方便。然后是方波产生电路，即让正弦信号通过电压比较器，就能产生良好的方波。而后是利用方波产生矩形波和锯齿波，采用RC积分电路。使方波通过积分电路，产生锯齿波。达到频率要求是由正弦电路的RC选频网络决定，f=1／（2πRC）。鉴于所要求得到频率跨度较大，选频网络采用两组不同容值的电容和同轴电位器构成来调节频率。

关键词：变压 ；整流；滤波；稳压；RC桥式电路；电压比较电路；积分电路

   函数信号发生器

2、 概述

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

3、  时间安排：

1、20##年6月18日至20##年6月21日，完成仿真设计、制作与调试、并由老师验收。

2、20##年6月22日至20##年6月25日，撰写课程设计报告，并提交。

4.设计内容

 4.1设计目的

（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

（2）掌握方波—三角波函数发生器的原理及设计方法。

（3）学会函数信号发生器的设计方法和性能指标测试方法。

（4）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

  设计意义

函数信号发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。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。它可以产生多种波形信号，如正铉波，三角波，方波等，因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。

4.2   设计任务及要点

 设计并制作一个信号发生器，具体要求如下：

1．输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；

2．输出电压均为双极性；

3．输出阻抗均为50Ω；

4．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。

5．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。

按照以上技术完成要求设计出电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim进行必要的仿真，用PCB软件进行制板、焊接，然后对制作的电路完成调试，撰写设计报告。

4.3、设计步骤

（1）电路图设计 

    ?、确定目标：整个系统是由三个模块组成的，分别作为方波、三角波、正玄波的输出。

     ?、系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

    ?、参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

    ④、总电路图：设计各模块电路，画出总电路图。

（2）电路仿真

    1、电路设计完成后，用仿真软件Multisim进行电路的仿真，记录仿真过程，分析仿真结果，对电路进行完善。

  电路安装、调试

  买元件，进行电路的焊接

  2、实物做成以后，给每个运放加上+12V和-12V的偏置电压，调节滑动变阻器，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

4.4  总体设计思路和总体电路图

  4.4.1.函数信号发生器设计思路

  ①要产生方波，就必须先用过零比较器和稳压管组成方波产生电路，为调节幅值则用专用的电压跟随器隔离方波产生端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。

 ②产生的方波经RC积分电路后输出得到三角波，为调节幅值，则用电压跟随器隔离三角波输出端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。

 ③产生的三角波经二极管折线近似电路实现三角波到正玄波的转换，为调节幅值，则用电压跟随器隔离三角波输出端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。

 ④通过调节RC时间常数中的C实现频段间的转换，调节R实现持续改变某一频段的频率

4.4.2. 函数信号发生器原理

   函数信号发生器是一种用来产生特定需要波形信号的装置，比较常见的有方波、三角波、正玄波和锯齿波发生器。本实验用来产生方波-三角波-正玄波信号。

其中：

 ①方波发生器：采用过零比较器与稳压管相结合，实现输出幅值为7.4V的方波。

 ②方波转三角波电路：将RC积分电路与运放结合，实现方波转三角波。

 ③ 三角波转正玄波电路：通过二极管折线电路实现三角波转正玄波。

 ④幅值调节电路：通过电压跟随器实现阻抗变换，隔离输入级输出级，再利用电位器调节幅值。  

4、4、3 总体电路图 

4.5   单元电路设计与原理说明

4.5.1、方波产生电路

     方波产生电路较简单，主要由比较器LM339N^[4]的反相输入端接电压构成电压比较器。在实用电路中为了满足负载需要，常在集成运算的输出端加稳压管限幅电路。限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。在此电路中，我们将限幅电路跨接在输出端和反相输入端之间。

4.5.2 三角波产生电路

    在三角波信号发生器电路的基础上增加了一级放大器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗为50Ω。

4.6元器件及参数选择

 4.6.1方波信号发生器元器件及参数选择

1） 运算放大器的选择

    根据指标要求，主要考虑双电源、通用、无需调零型的运放，可选择741、MC4558等即可。

2)  电源电压的选择：选择正常的电源电压15V左右。

3)  稳压二极管的选择：考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值约为10V的稳压管，例如IN4740等。

4)  频率参数选择：                                                                                   

    输出信号的频率为200~2KHz可调，决定信号的频率的原件为Rf1、Rf2、C、R2、R1。

可取，则，，即。

  电容可取1uf以下的，可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择为电位器。最小时，应有

，最大时，应有。

若取C=0.033uf,计算出Rf1、。

（5）幅度参数选择：

     输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号的幅度的元件为的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以要使的一半，达到降压的目的，选择

4.6.2三角波信号发生器元器件及参数选择

    1）、运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择

 同方波信号发生器的选择相同。

2）频率参数选择：

输出信号的频率为200~2KHz可调，决定信号的频率的元件为

可取

  取电容可取1uf以下的，可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择为电位器。最小时，应有，最大时，应有。

 若取C=0.033uf,计算出=3.8K、=34.2K.

3)幅度参数选择：

     输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号的幅度的元件为、的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以要使的一半，达到降压的目的，选择的电容器。

4.8    电路仿真

4.8.1矩形波仿真结果

4.8.2 三角波仿真结果

4.8   PCB版制作与调试

1、PCB设计。

     PCB板的制作是运用Protel DXP软件来绘制，利用DXP制板的基本流程：准备原理图，设置PCB设计环境，载入网络表，并纠正网络表的宏错误，布线规则设置，布线，PCB的优化，DTC检查，保存文件与输出。

准备原理图：根椐所画的电路图，在元件库中查找到所要求的元件符号，在DXP中绘制出原理图，在选择元件的时候特别要注意元件的封装是否符合所需的封装要求。布线设置主要设置线宽为40mil、孔大小为0.8mil，采用低层布线，其他为默认设置。

布线采用单面板布线。布线原则：逻辑清晰、接线牢固、测试方便、美观大方。

PCB的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路径。焊盘一般采用方框为78.74mil×39.37mil。

DTC检查的主要任务是对先前的设计规则进行检查,查看是否有违反规则的地方,如实际线宽是否比规则设置中的最大值还大或小,是否还存在没有彻底布通的网络等。

保存文件与输出是保存设计中的各种文件，并打印输出，包括PCB文档、元件清单等。设计工作结束。打印时可以把孔打印成实心，可以自己控制孔的大小方便打孔。

2、热转印，通过打印机PCB图打印到热转印上，然后选择大小合适的铜板，将铜板表面打磨干净之后，用带有PCB图的那一面同铜板贴紧，经过热转印机，温度约120度，转印三次，即把热转印纸上的PCB图转印到铜板上。

3、腐蚀，腐蚀这一过程是电路板成功的关键，将腐蚀液倒入腐蚀机加热至75度后，将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行腐蚀，腐蚀时间约一分钟即可。拿出洗净后如果没有发现断线、短路等情况即可。

    4、焊接元件，根据原理图，在PCB板上焊接元件。焊接时要特别注意不要出现虚焊、短路等，元件的正负极反接、错接。

5、  心得与体会

     经过三周的课设，终于达到了此次课设的目的，成功的做出了信号发生器。虽说过程有点曲折，有点累，但是最后得到了理想的结果，心里还是很高兴的。

此次课程设计设需要有最终方案的选择，自己通过比较，仿真软件的仿真最终选择了最优的方案，经过小组成员的努力，不断地查阅资料，终于做出了满意的方案，这很好的锻炼了我们的自学能力。并且在PCB制板和仿真过程中，也遇到了各种各样的问题，但是经过仔细的分析电路，同时与同学讨论，经过各种调试，得出了最终仿真结果。使自己的理论知识和动手能力都有了很大的提高。

6、

参 考 文 献

[1]电子技术基础（模拟部分）第五版[M].康华光主编.北京：高等教育出版社.2006.1.

[2]电子技术基础（数字部分）第五版[M].康华光主编.北京：高等教育出版社.2006.1.

[3]电路第四版.邱关源原著.北京:高等教育出版社[M].2006.

[4]模拟电子技术课程设计指导书 李晓荃主编.工电子教研组.20##年04月02日

附录A

元件清单

表一 元件清单