摘       要

函数信号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压或仪器。函数信号发生器的设计有多种方法，根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。利用集成芯片的函数发生器能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试,所以本次设计选用了芯片LM324AD,741来实现。

首先,正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，然后利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。利用仿真软件Multisim画出电路图进行仿真，通过调试最后得出实际参数,然后分析出现误差的原因以及影响因素。

此次课程的设计，遇到过很多问题,让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。让我很好的加深对不知道的理论知识的理解，同时也巩固了以前知道的知识。明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。这次课程设计让我意识到运用所学的知识去解决实际的问题的重要性，我们学理工科的同学应更多的锻炼提高我们的动手能力。

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。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与RC桥式正弦波振荡器共同组成的正弦波函数发生器的设计方法。

关键词：

信号发生器   multisim仿真   课程设计  RC震荡  LM324AD

一、 设计的目的及任务

1.1 设计目的

1.11掌握电子系统的一般设计方法

1.12掌握模拟IC器件的应用

1.13培养综合应用所学知识来指导实践的能力

1.14掌握常用元器件的识别和测试

1.15 熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

1.2设计任务

  设计正弦波函数信号发生器      

1.3课程设计的要求及技术指标

1.31设计、组装、调试函数发生器

1.32输出波形：正弦波；

1.33频率范围：20Hz~20KHz；

1.34输出电压：不小于1V有效值

1.35失真度：γ<= 5%

3）信号发生器的设计与制作

（1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。

（2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值6V、负载1KΩ。

二、函数发生器的总方案及原理框图  

2.1 原理框图

图2-1

2.2 函数发生器的总方案

  

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。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与RC桥式正弦波振荡器共同组成的正弦波函数发生器的设计方法。

本课题中函数发生器电路组成如下所示：

　　采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振荡，一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。因为对于RC振荡电路来说，增大电阻R即可降低振荡频率，而增大电阻是无需增加成本的。　放大电路是一种直接耦合的多级放大电路，用于将产生的正弦波幅值放大。

三、单元电路设计

3.1正弦波发生电路的工作原理

  正弦波振荡电路是一种选频网络和正反馈网络的放大电路。其自震荡的条件是环路增益为1，即AF=1,。其中A为放大电路的放大倍数，F为反馈系数。为了使电璐能够震起来，还应该是环路增益略大于1。RC振荡电路主要用于产生小于1MHZ的低频信号。

振荡电路是大多数信号发生器电路的核心技术，文氏桥振荡电路为其中的一种，在电路中选择合适的元器件参数，便可得到相应的输出频率和振幅。

  

原理图为

这种电路可实现频率可调。

3.2．RC选频网路：

数据R1=7.5KΩ， R2=7.5KΩ，RW=100K，C1=0.01uf,C2=0.1uf，C3=1uf。

(1) 起振过程：

(2) 稳定振荡：

(3) 振荡频率

振荡频率由相位平衡条件决定。

φA= 0，仅在 f0处 φF = 0 满足相位平衡条件，所以振荡频率f0= 1/2πRC。

改变R、C可改变振荡频率

RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。

振荡频率的调整

     

3.3．共集放大电路：

在共集电极放大电路中，输入信号是由三极管的基极与集电极两端输入的（在原图里看），再在交流通路里看，输出信号由三极管的集电极与发射极两端获得。因为对交流信号而言，（即交流通路里）集电极是共同接地端，

3.4．二级放大电路：

3.5 电路的参数选择与计算：

   1、RC选频网络

   ①．对于第一频段20Hz~200Hz

由：         

     选：    有：

      得：

同样可得：

②．对于第二频段：200Hz~2KHz

由：         

     选：    有：

      得：

同样可得：

②．对于第三频段：2KHz~20KHz

由：         

     选：    有：

      得：

同样可得：

四、电路的安装与调试

4.1 静态调试

     整个电路连接完之后，就可以对该电路进行调试和检测了，以发现和纠正设计方案的不足之处。

在进行调试和测试之前，首先要对电路进行检查。对照原理图按顺序一一检查，以免产生遗漏。以元件作为中心进行检查，把每个元器件的引脚依次检查，看是否有接错线或者漏接等问题，为了防止出现错误，最好对已经检查好的线路在原理图上做好标记，倘若线路检查无误，则可以对线路进行调试和测试了。

 用万用表适当的档位对线路进行测试，看线路是否有短路或者断路等问题，如果出现错误，就立即进行改进，修改再进行调试。

4.2 动态调试

4.2.1  仿真电路：

4.2.2．仿真内容：

（1）调节反馈电阻R_W是电路产生正弦波振荡。

（2）测量稳定振荡时输出电压峰值，分析它们之间的关系。

仿真结果：

图5-2-2正弦波失真

 

4.2.3．问题与解决方法

1.       按照图示中的电路仿真后的结果出现了顶部和底部的失真

解决方法：经过分析，是出现了饱和失真及截止失真，还可能是因为输入信号的幅值太大，影响了输出的波变为不是正弦波，产生了非线性失真，.经过讨论以及用proteus软件仿真，我们发现，如果改老师设置的Q点是很难的，因为Q点影响着放大倍数，当A不是3左右的话，波形会严重失真，于是我们决定在集电极放大电路后的耦合电容后加上一个1k的可调电阻来减少输入信号的大小，调出失真尽量少的波形，经过了一翻调试，最好的波形出来了。

                                           

                                       

4.3 调试中的注意事项

为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点： 

(1)正确使用测量仪器的接地端

（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。

（3）仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。

(4）用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。

（5）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。

（6）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问

题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查。调试结果是否正确，在很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。

五、 课程设计总结

过程与感受：

经过了几天的焊接和调试，“信号发生器”的波形终于比较好的出来了。一开始我们按照老师给的电路图进行焊接，在这一块上我们花的时间比较少，焊接了之后进行调试，结果让我们有点小失望，没有波形产生。我们检查了几遍电路，看有没有焊错，焊漏，虚焊的问题，结果发现有一处电容接错地方了，把它改好后重新进行调试，发现还是没有波形，并且在这个过程中一个电容爆了，过程相当惊险。我们实在不知道是哪里出错了，我们找了有做过这个课程设计的师兄，师兄给了他们那时候的电路图，发现跟我们现在的电路图不一样，他们的电路图用proteus软件仿真能得到波形，而我们的电路图不能，所以我们按照师兄的电路图重新焊了一遍，弄懂它的原理，然后这一次终于有波形出现了，我们很高兴，虽然过程不是很顺利，问题一个接一个，但最后我们克服了困难。调试至基本上符合老师的要求，我们这次的课程设计终于圆满完成了。

原来，一些电路看起来简单，但其实里面包含了很多不同的知识，例如这个“信号发生器”就包含了，Q值得设定，正负反馈，选频，各种放大电路。所以我们一定要有扎实的知识才能在调试方面提高我们的速度与准确性，不用盲目去猜。同时也启发了我们，在焊电路前要先分析它的电路图的原理，判断它是不是合理的。在焊的过程要认真，避免焊错，焊漏，虚焊之类的。总结并改正这次的不足，相信以后会做得更好。

六、 元器件明细清单

元器件明细清单如下

       

 

第二篇：模电 课程设计题目[数控信号源设计]

数控信号源设计

设计并制作一个数控信号源电路

1．功能与主要技术指标

⑴ 信号频率：20Hz∽20kHz，步进调整，调整步距为1Hz；

-4 ⑵ 频率稳定度：优于10；

⑶ 信号输出幅度：0．1V∽3．0V步进调整，调整步距为0．1V；

⑷ 显示电路：用5位数码管显示输出信号频率，二位数码管显示信号输出幅度； ⑸ 信号波形要求：

① 正弦波信号：输出信号的谐波失真系数≤3%；

② 三角波信号：波形要求为等腰三角形，其非线性系数≤2%；

③ 矩形波信号：信号的上升和下降时间≤1μS；平顶降落≤5%；占空比2%∽98% 范围内步进可调，调整步距为2%。

2．系统组成框图之一

频率调节电路接收操作人员的指令，改变振荡电路的输出频率，该信号经波形调节电路处理成各种波形信号，送入输出电路，最后经幅度调节电路后输出。

提示：

① 应用集成函数发生器ICL8038产生振荡信号；

② ICL8038进行频率调节与频率指示；

③ 波形用模拟开关进行切换；

④ 用程控放大器实现输出信号幅度的调节；

3．参考书

⑴ 《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，20xx年5 月

⑵ 《电子系统设计》，何小艇等编，浙江大学出版社，20xx年

⑶ 《电子技术课程设计指导》，彭介华主编，高教出版社，19xx年10月

⑷ 《新编555集成电路应用800例》 陈永甫编著 电子工业出版社 20xx年

4．设计报告内容要求：

⑴．写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

⑵．画出框图中的各部分电路，尽量选用各种集成运放和其它模拟集成电路。对各部 分电路的工作原理应作出说明。

⑶．画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。

⑷．图用直尺画，设计报告文字通顺，清晰，原理要表达清楚。

⑸．评分依据：①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原 理说明是否基本正确，⑤报告是否清晰，⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。 ⑹．20xx年6月16日前交报告。