电工课程设计—函数信号发生器.docVIP

《电工与电子技术基础》课程设计报告 题 目 函数信号发生器 学院（部） 专 业 班 级 学生姓名 学 号 6 月 24 日至 6 月 28 日 共 1 周 指导教师（签字） 1.课题名称与技术要求 1.1课题名称 函数信号发生器 1.2主要技术指标和要求： （1）能产生正弦波、矩形波（占空比可调）、锯齿波等多种波形； （2）输出信号的工作频率范围10Hz~10kHz，且连续可调； （3）输出信号波形幅值0~10V，且连续可调； 2.摘要 函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如锯齿波、锯齿波、矩形波、正弦波的电路。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出锯齿波、正弦波、矩形波的函数波形发生器。采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的矩形波—锯齿波—正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生矩形波，再通过积分器产生锯齿波，最后通过差分放大器形成正弦波。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。经过仿真得出了矩形波、锯齿波、正弦波、矩形波。 1.课题名称与技术要求 2 1.1课题名称 2 1.2主要技术指标和要求： 2 2.摘要 3 3.方案设计 5 3.1总体设计方案论证及选择 5 3.1.1方案一: 基于单片集成芯片MAX038构成的函数信号发生器。 5 3.1.2方案二: 矩形波——锯齿波——正弦波函数信号发生器 6 3.1.3方案的选择 8 3.2 ?? 设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明 8 3.2.1方案原理框图 8 3.3.2总体电路原理图 9 3.4单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算 10 3.4.1占空比可调矩形波发生电路的工作原理 10 3.4.2 矩形波---锯齿波转换电路的工作原理 12 3.4.3 锯齿波---正弦波转换电路的工作原理 15 3.5主要元器件选择与电路参数计算 17 4.1 收获与体会 18 4.2存在的问题 19 5.参考文献 20 6.附件 21 元器件列表 21 3.方案设计 3.1总体设计方案论证及选择 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、锯齿波、矩形波及锯齿波、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 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。 3.1.1方案一: 基于单片集成芯片MAX038构成的函数信号发生器。 3.1.1.1总体设计 该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析及信号的处理和变换，采用按键输入，利用数码管动态显示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、数码管显示电路等模块。 3.1.1.2MAX038芯片工作特性: MAX038精度高且频率调节方便，并且能够产生多种波形，是性价比较高的信号发生芯片。产生信号的频率可以通过调整电流、电压、电阻分别控制。所需的输出波形可由在A0、A1输入端设置适当的代码来选择，所有的输出波形都是对称于地电位的2V（峰-峰值）信号。MAX038工作电源为±5V。 3.1.2方案二: 矩形波——锯齿波——正弦波函数信号发生器 3.1.2.1总体设计 矩形波—锯齿波—正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，由比较器和积分器组成矩形波—锯齿波产生电路，锯齿波通过差分放大电路产生正弦波输出,差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别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锯齿波变换成正弦波。输出波形幅度及频率均可通过改变元件参数进行调整，方便且成本较低。 3.1.2.2利用差分放大电路实现锯齿波—正弦波的变换 波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图所示 锯齿波和正弦波得转换示意图 由图可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；锯齿波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。 3.1.3方案的选择 综合考虑以上方案,由于方案二稳定性高,可操作性强且经济性好,而方案一成本较高且需要程序控制,实现难度较高，故选择方案二矩形波——锯齿波——正弦波函数信号发生器。 3.2 ?? 设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明 3.2.1方案原理框图 3.3.2总体电路原理图