電子設計大賽-信號發(fā)生器報告.doc

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信號發(fā)生器課程設計報告 課題：設計制作一個信號發(fā)生器： 設計內(nèi)容及要求： 1.產(chǎn)生三種波形：方波，三角波，正弦波 2.頻率范圍：0 ~ 100kHz 3.輸出內(nèi)阻不大于50Ω 4.負載50Ω時輸出電壓不小于5V 主要測量內(nèi)容：輸出信號頻率范圍，輸出電阻，輸出功率 一、系統(tǒng)組成： 1.1 方波—三角波系統(tǒng)電路，由同向滯回比較器和積分電路兩部分組成 圖1.1方波—三角波系統(tǒng)電路 1.2 三角波—正弦波電路，由濾波電路組成 圖1.2 正弦波系統(tǒng)電路 二、設計原理圖階段 2.1.查閱資料及參考書本確定原理圖如下： 軟件環(huán)境：multisim10.1 2.2.原理圖概況 本文所設計的電路是通過集成運算放大器LM324和基本元件組合產(chǎn)生不同波形（方波，三角波，正弦波）：先通過同向滯回比較電路產(chǎn)生方波，方波又通過積分電路產(chǎn)生三角波，最后濾波電路又將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。 頻率變換：本電路可以通過調(diào)節(jié)電位器R1的有效阻值改變振蕩周期T，頻率f=1/T. 三、電路具體設計方案及仿真 3.1.1方波—三角波轉(zhuǎn)換電路圖3.1所示 圖3.1 方波—三角波發(fā)生電路 3.1.2電路分析： 該電路的方波發(fā)生部分由同向滯回比較器組成，積分運算電路既作為電壓比較器的延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡。通過反饋網(wǎng)絡，滯回比較器的輸出電壓u0=Uz，閾值電壓UT=[R1/(R1+R2)]Uz.假設滯回比較器輸出電壓u01在t0時刻由-Uz躍變到+Uz，此時積分電路進行反向積分，輸出電壓u0呈線性下降，當u0下降到滯回比較器的閾值電壓-UT時，即t1時刻，滯回比較器的電壓由u01從+Uz躍變到-Uz，此后積分電路正向積分，u0呈線性上升。當u0上升到滯回比較器的閾值電壓+UT時，即t2時刻，u01從-Uz躍變到+Uz，即返回設定初始狀態(tài)，周而復始，產(chǎn)生振蕩。 3.1.3元件參數(shù)設計 設計中應用到的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為5V，即方波的幅值為5.7V，三角波的輸出電壓為 可令電容C1為0.1uF，R1為1kΩ的電位器 設計最終要求振蕩頻率需在0 ~ 100kHz 的范圍內(nèi)，則 可令 R6=560Ω R7=24kΩ 滿足條件。 3.1.4 仿真數(shù)據(jù) 方波信號： 幅值穩(wěn)定在5.7V左右，波形輪廓清晰。 三角波信號： 3.2.1 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路如圖3.2所示 圖3.2 正弦波發(fā)生電路 3.2.2原理分析 將三角波展開為傅里葉級數(shù)可知，它含有基波和3次 5次等奇次諧波，因此通過低通濾波器去除基波，濾除高次諧波，可將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。這種方法適用于固定頻率或頻率變化很小的場合。電路框圖如下左圖所示。輸入電壓和輸出電壓的波形如下右圖所示，U0的頻率等于UI基波的頻率。 將三角波按傅里葉級數(shù)展開 UI(wt)=8/（π*π）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-…) 其中Um是三角波的幅值。 3.2.3元件參數(shù)設計 通過仿真，為較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)正弦波的輸出電壓幅值，在集成運放輸出端與反相輸入端之間串聯(lián)10kΩ的電位器，而R3，R8均為1.2kΩ. 3.2.4仿真數(shù)據(jù) 正弦波信號 四、焊接與調(diào)試 4.1 元件清單： 元件名稱 型號 參數(shù) 數(shù)量 芯片 LM324 1 電位器 1.5kΩ 1 10kΩ 1 電阻 560Ω 1 51kΩ 1 24kΩ 1 1.2kΩ 2 電容 1uF 1 5uF 1 穩(wěn)壓管 5V 2 附LM324芯片管腳圖： 4.2先在萬用板上按照總電路圖布局，然后進行焊接，注意到因為實驗所用的三塊集成運放均在一塊芯片上，所以元器件之間排布可能會比較密集，一定要事先有大致的規(guī)劃，以免器件之間交叉或錯位。焊接完成后，再次仔細檢查電路，確保沒有錯誤后，接上電源，查看輸出波形并調(diào)節(jié)頻率。 五、課題總結(jié)與心得 通過這次課程設計，重新復習了模電，深入了解了集成運放方面的知識，甚至把原來不懂的地方搞懂了，此外還學會了如何設計電路，熟練了電路焊接方法以及掌握調(diào)試方法與測試參數(shù)，同時還提高了我們的動手能力和測試技術(shù)能力。 在設計過程中難免遇到一些困難，比如萬用板上的銅片掉了，我們必須借用一根銅線引渡到其他地方焊接；因為一個芯片四周要布滿電阻和電容，有好幾個引腳要接地，我們就用導線跳接到每個端口；有時有的元件的參數(shù)稍有偏差，導致許多參數(shù)達不到要求，我們必須根據(jù)仿真效果重新確定元件合適參數(shù)。一個偌大的工程卻要保證每一步的工作都要近乎完美，因為你完全不知道最后的結(jié)果與理論的差距會在哪里產(chǎn)生，我們必須把誤差降到最低，以保證后續(xù)工作順利進行，節(jié)省改錯時間。 經(jīng)過一個半星期的努力終于順利完成這次課程設計，雖然最終測試的結(jié)果與仿真結(jié)果有出入，雖然一個信號發(fā)生器做了兩次才完成，但經(jīng)過這次課程設計我們團隊收獲了不少，不僅加深了對課本知識的理解，還培養(yǎng)了同學之間的合作能力。成功的關(guān)鍵是在調(diào)試時應仔細觀察若出現(xiàn)問題必須耐心查找原因。比如在測試第一個信號發(fā)生器時，沒有波形輸出，雙向穩(wěn)壓管兩端電壓一直保持在+5.7V左右，也就是說積分電路輸出端并沒有將負電壓反饋到電壓比較器的同相輸入端，于是我們又檢查電容兩端電壓，發(fā)現(xiàn)一直是正值，由此我們推測電路并沒有產(chǎn)生自激振蕩，不得不再次修改數(shù)據(jù)參照仿真結(jié)果確定實際元件參數(shù)值。