扬州大学能源与动力工程学院。
本科生课程设计。
题目： 函数发生器的设计。
课程： 模拟电子技术基础。
专业： 测控技术与仪器。
班级测控0802
学号081302215
姓名罗聪。指导教师： 纪晓华蒋步军。
完成日期2010/11/10
第一部分。任。务。及。
指。导。
书。模拟电子技术》课程设计任务指导书。
课题：函数发生器的设计。
一个电子产品的设计、制作过程所涉及的知识面很广；加上电子技术的发展异常迅速，新的电子器件的功能在不断提升，新的设计方法不断发展，新的工艺手段层出不穷，它们对传统的设计、制作方法提出了新的挑战。但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下电子产品的设计、制作的基本过程是很有必要的。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的《模拟电子技术基础实验与课程设计》、《电子技术实验》等书的有关章节。
一、函数发生器的简介。
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 (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)。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晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，一、函数发生器的工作原理。
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：
由比较器和积分器组成方波—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三角波变换成正弦波。
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。
二、设计目的。
1．掌握电子系统的一般设计方法。
2．掌握模拟ic器件的应用。
3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力。
三、设计要求及技术指标。
1．设计、组装、调试函数发生器。
2．输出波形：正弦波、方波、三角波；
3．频率范围 ：在10－10000hz范围内可调 ；
4．输出电压：方波uｐ－ｐ24v，三角波uｐ－ｐ8v，正弦波uｐ－ｐ1v；
四、设计所用仪器及器件。
1．直流稳压电源。
2．双踪示波器。
3．万用表。
4．运放741
5．电阻、电容若干。
6．三极管。
7．面包板。
五、日程安排。
1．布置任务、查阅资料，方案设计 （一天）
根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出详细的原理图。
2．上机在edb（或eda）对设计电路进行模拟**调试、画电路原理接线图 （半天）
要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。
3．电路的装配及调试 （两天半）
在面包板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。
4．总结报告 （一天）
六、课程设计报告内容：
总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：
1．课程设计的目和设计的任务。
2．课程设计的要求及技术指标。
3．总方案的确定并画出原理框图。
4．各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性(结合设计图写)
5．总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解）。
6．电路安装、调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。
7．实验结果分析，改进意见及收获。
8．体会。七、电子电路设计的一般方法：
1．仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。
1）设计总体方案。
2）设计单元电路、选择元器件、根据需要调整总体方案。
3）计算电路（元件）参数。
4）绘制总体电路初稿。
5）上机在edb（或eda）电路实验**。
6）绘制总体电路。
2．明确电路图设计的基本要求进行电路设计。并上机在edb（或eda）上进行电路实验**，电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验**大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。
3．掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。
对于常用元器件，不少手册有所介绍。
4、熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识，提高解决实际问题的能力。
5、独立书写课程设计报告。
第二部分。课。程。设。
计。报。
告。1设计的目的及任务1）
1.1 课程设计的目的1）
1.2 课程设计的任务与要求1）
1.3 课程设计的技术指标1）
2 函数发生器的总方案及原理框图2）
2.1 电路设计原理框图2）
2.2 电路设计方案设计2）
3 各部分电路设计3）
3.1 方波发生电路的工作原理3）
3.2 方波---三角波转换电路的工作原理3）
3.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理6）
3.4电路的参数选择及计算8）
3.5 总电路图9）
4 电路**10）
4.1 方波---三角波发生电路的**10）
4.2 三角波---正弦波转换电路的**11）
5电路的安装与调试12）
5.1 方波---三角波发生电路的安装与调试12）
5.2 三角波---正弦波转换电路的安装与调试 ……12）
5.3 总电路的安装与调试12）
5.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法 ……13）
6电路的实验结果15）
6.1 方波---三角波发生电路的实验结果15）
6.2 三角波---正弦波转换电路的实验结果15）
6.3 实测电路波形、误差分析及改进方法16）
7 实验总结17）
8 仪器仪表明细清单18）
参考文献19）
1．课程设计的目的和设计的任务。
1.1 设计目的。
1.1.1掌握电子系统的一般设计方法。
1.1.2掌握模拟ic器件的应用。
1.1.3培养综合应用所学知识来指导实践的能力。
1.1.4掌握常用元器件的识别和测试。
1.1.5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。
1.2设计任务。
设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器。
1.3课程设计的要求及技术指标。
1.3.1设计、组装、调试函数发生器。
1.3.2输出波形：正弦波、方波、三角波；
1.3.3频率范围 ：在10－10000hz范围内可调 ；
1.3.4输出电压：方波uｐ－ｐ24v，三角波uｐ－ｐ8v，正弦波uｐ－ｐ1v；
2．函数发生器总方案及原理框图。
2.1 原理框图。
图2–1函数发生器电路组成框图。
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 (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)。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晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如图2–1所示：
由比较器和积分器组成方波—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三角波变换成正弦波。
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。
3．各组成部分的工作原理。
3.1 方波发生电路的工作原理。
此电路由反相输入的滞回比较器和rc电路组成。rc回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过rc充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压uo=+uz,则同相输入端电位up=+ut。
uo通过r3对电容c正向充电。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，un趋于+uz；但是，一旦un=+ut,再稍增大，uo从+uz跃变为-uz,与此同时up从+ut跃变为-ut。随后，uo又通过r3对电容c反向充电。
un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，un趋于-uz；但是，一旦un=-ut,再减小，uo就从-uz跃变为+uz，up从-ut跃变为+ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
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