函数发生器的设计.docx

工学08-1电子技术课程设计报告函数发生器的设计专业：班级：姓名：学号：指导老师:书目1设计任务要求O2方案比较O3 .单元电路设计14 .元件选择55 .整体电路66 .总结与体会77 .参考文献81设计任务要求1.设计一个函数发生器，可产生方波，：角波，正弦波信号.2 .频率与幅度可以谢整。3 .方波占空比可以调整。2方案比较2.1 第一种方案由比较器和积分器组成方波一三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰实力较强等优点。特殊是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的一角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。能实现频率可调的指标要求，I1.能实现忖定范用内的幅度调整。如图一所示：图1函数发生器电路组成框图2.2 其次种方案采纳D1.)S作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案，选用了AD9850芯片，并通过单片机程序限制和处理AD9850的32位频率限制字,再经放大后加至以数字电位器为核心的数字衰减网络，从而实现J'信号幅度、频率、类型以及输出等选项的全数字限制。2.3 第三种方案首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路耨方波转化为三角波，最终用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形,因为负载的变动将拉动波形的崎变。如图二所示：图2方波、三角波、正弦波信号发生器的原理框图2.4 函数发生器方案选择方案，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，I1.波形质启不太志向，H频率调整不如方案三简洁便利；方案二，学问所限，困难：方案三的电路结构、思路简洁,运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整便利，关于输H1.正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调整来调整。综上所述，我们选择方案三。3.单元电路设计3.1 由555定时器产生方波当电容C1.被充电时，2和6引脚的电压都上升，此时二极管D1.导通，接通+12V电源后，电容C1.被充电，VC上升，当VC上升到2Vcc3时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时输出电平V。为低电平，电容C1.通过R2和T放电，使VC下降.当VC下降到VCC/3时，触发器又被置位，V。翻转为高电平。电容器C1.经R2,R3,他们此时所分的总阻值为RI向电容C1.放电，当C1.放电结束时，T截止，VCC将通过R1.R2所分得的限值为R3向电容器C2充电，当YC上升到2Vcc3时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到了一个周期性的方波，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端V。输出低电平，当有个外部负脉冲触发信号加到Vi湍.并使2湍电位瞬时低F"3Vcc,低电平比较器动作，单稳态电路即起先一个稳态过程，电容C起先充电，Vc按指数规律增长,当VC充电到2/3VCC时，高电平比较器动作，比较器A1.翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，夏原稳定，为下个触发脉冲的来到作好打算。波形图见图4。20kQKy>A3.2方波三角波转换XSC1.当741很大时，运放两输入端为"虚地"，忽视流入放大器的电流，令输V.*-fi1dt-fvsdt入电压为Vi输出为Vo,流过电容C的电流为i1.则有CiCRJ即输出电压与输入电压成枳分关系。当、为固定值时CR。上式表明输出电压按肯定比例随时间作直线上升或卜降。当为矩形波时，便成为三角波.3.3三角波正弦波转换的电路设计分析表明，传输特性曲线的表达式为：Ic=I1.+exp(-UidUT)I是差分放大器的恒定电流:UT是温度的电压当量，当室温为25摄氏度时，IT2611V。假如Uid为三角波，设表达式为Uid(t)=4*Um*(t-T4)T(0<=t<三T2)Uid(t)=-UUm*(t-3*T4)T(T2<=t<=T)式中IIn是三角波的幅度；T是三角波的周期.为使输出波形更接近正弦波，有三个条件：<1)传输特性曲线越对称.线性区越窄越好：(2)三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区：(3)图为实现三角波一一正弦波变换的电路。其中R5调整三角波的幅度，R9调整电路的对称性，其并联电阻RIO用来减小差分放大器的线性区。电容C5为隔直电容，C8为滤波电容，以滤除谐波盘量，改善输出波形。隔直电容C5要取得较大，因为输出频率很低，取c5=500微怯，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，c6,c7可取得较小，般为几十皮法至0.01微法。R9=100欧与R1.O=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。图6正弦波的产生电路UV4.元件选算本电路采纳555定时器，555定时器是种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型(TT1.)工艺制作的称为555.用互补金底氧化物(CMOS)工艺制作的称为7555,除雎定时器外，还有对应的双定时器556/7556»555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V'16V工作，7555可在3'18V工作，输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TT1.、CMOS或者模拟电路电平兼容,它不仅用于信号的产生和变换，还常用于限制和检测电路中。555定H器成本低，性能牢靠，只须耍外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稔态触发器及施密特触发渊等脉冲产生与变换电路。555定时罂引脚功能：1脚：外接电源负端VSS或接地，般状况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo,4脚：是干脆消零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平05脚：YC为限制电压端.若此端外接电压，则可变更内部两个比较器的某准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.(HUF电容接地，以防引入干扰。6脚:高触发端T1.7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电.8脚:外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5'16V,CMOS型时基电路VCC的范用为318Vo一般用5V555定时器的内部电路由分压器、电压比较罂C1.和C2、由两个与非门G1.和G2组成的基本RS触发器(低电平触发)、放电三极管T以及输出反相缓冲器G3组成。555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图7所示。VCCD>sTHVcomr11mr11UJUJDJIAJ(b)555的弓牌批列GMDTRVoRd图7555定时器逻辑符号和管脚排列5.整体电路5.1 总电路图图8总电路图5.2电路仿真图9方波的仿真图图10三角波仿真波形图图11正弦波仿真波形6 .总结与体会为期两个星期的课程设计已经结束,在这两星期的学习、设计过程中我感受颇深,使我对抽象的理论有r详细的相识。通过对函数信号发生器的设计，我驾驭了常用元件的识别和测试：熟识了常用的仪器仪表：通过对函数信号发生器的设计，我们还深刻相识到了“理论联系实际”的这句话的理要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我们不但知道J'以前不知道的理论学问，而且也巩固J'以前知道的学问。最盎要的是在实践中理解了书本上的学问，明白了学以致用的比谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的缘由。他是为了教会我们如何运用所学的学问去解决实际的问题，提高我们的动手实力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我们感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不肯定是最佳参数，我们必需通过视察效果来变更参数的数值以期达到最好,而参数的调试是一个阅历的积累过程,没有阅历是不行能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个，Ii要方面吧！在试验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题解决，那种心情别提有多兴侪啦。试验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论学问还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解学问点。最终用一句话来结束吧：”实践是检验真理的唯一标准”.7 .叁考文献TJIJIJIJTJ123451.1.f1.f1.t王传目拓分子化工的探讨对象.天滓.天津高校学报,1997年李明，£物理学，北京.科学出版社，1977年郝鸿安，£555集成电路好用大全,上海，上海科学件及出版社，1996年陈兆仁，电子技术基础试验探讨与设计，北京，电子工业出版社，2000年辛满清,电子技术试验与课程设计3.北京，机械工业出版社，2012年