模电课程设计

《模拟电路》

课程设计报告。

设计题目：函数信号发生器。

专业：应用电子技术。

班级4学号1006190113

姓名。指导教师。

时间： 2024年6月

目录。一、设计3

二、设计任务3

三、电路方案的设计论证和比较3

方案一3方案二4

方案三4四、元器件清6

五、**软件的选择6

六、ewb的基本操作方法6

1、创建电路6

1）元器件操作6

2）导线操作7

2、使用仪器7

3、**电路的调试与波形分析8

1）电路的调试8

2）波形分析8

七、心得体会12

八、主要参考文献12

摘要：函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如方波、三角波、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

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三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。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，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，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**得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波转换及三角波——正弦波转换的波形图。

关键字：信号发生器、**电路、波形分析。

一、设计目的。

综合运用相关课程中所学到的理论知识去独立完成某一设计课题，通过查阅手册和相关文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力。

进一步熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，并掌握合理选用器件的原则，学会电路的设计与**。培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、设计任务。

设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生三角波、方波和正弦波三种波形。用相关**软件对电路进行**。

主要技术指标：频率范围：10hz—100hz，100hz—1khz。

频率控制方式：通过改变rc时间常数手控信号频率。输出电压：

三角波的upp≈5v，幅度连续可调；方波的upp≈14v幅度连续可调。波形特性：方波上升时间小于2μs，三角波非线性失真小于1%，方波占空比50%—95%可调，三角波斜率连续可调。

三、电路方案的设计论证和比较。

根据题目的要求，我们一共提出了三种电路设计方案，现一一对其原理进行分析：

方案一。如图（一）所示，是利用ic1555与c组成多谐振荡器，运放ic2采用5g82c为高输入阻抗跟随器，起隔离和阻抗变换的作用。振荡器的充放电均为恒流源充放，因而其波形有良好的特性，rp1,rp2分别用于调节充电和放电时间常数，调节占空比。

图示参数周期为0.2ms-60ms，当k1闭合时产生锯齿波，断开是为三角波，锯齿波周期是三角波的一半。

图(一)方案二。

如图(二)所示，在电路中，运放u1a组成是比较器，u2b是起反向积分的作用的按反相积分器，同时u1a与u2b共同组成了正反馈回路，形成自激振荡。由u1a输出正负对称的方波，输出电压经过r9与r10的分压后输入u2b的反相端，经u2b进行计分运算后，输出三角波；输出的三角波，再经过r7、c2和r8、c3两次积分后输出正弦波。在电路中的不同的点取输出由此组成了可以同时产生正弦波、方波和三角波的电路。

调节r9可改变波形的频率和幅度，调节r10可改变方波占空比的大小。

图(二)方案三。

如图（三）所示，将ic555定时器接成多谐振荡器工作形式，c2为定时电容，c2的充电回路是r2-r3-rp-c2，c2的放电回路是c2-rp-r3-ic的7脚（放电管）。由于r3+rp>>r2,所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由ic的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1khz左右，调节电位器rp可改变振荡器的频率。

方波信号经r4,c5积分网络后，输出三角波。三角波再经r5 c6积分网络，输出近似的阵线波。

图(三)依次输出方波、三角波、正弦波）

比较方案。一、方案二和方案三，方案一即采用555定时器和5g82c组成电路，可产生各种波形，但是实验室里面没有该型号的运放，所以舍弃。方案二其产生的波形稳定度好。

但是，电路繁琐复杂，实际试验时要求电路图连接正确难以控制，所以亦舍弃。方案三将555定时器接成多谐振荡器工作形式来产生波形。该电路易于产生所需的波形，且电路连接简单。

所以我们选择将方案三。

四、元器件清单。

电容：0.01uf的电容两个、0.

1u的电容f两个0.47uf、10uf、100uf的电容各一个，电阻：r1=510ω、r2=1kω、r3=62kω、r4=r5=r6=10kω，导线若干，电源：

6v电源一个，芯片：ic555一片，二极管：发光二极管一个，电位器：

20kω。

五、**软件的选择。

随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（eda）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。与早期的cad软件相比，eda软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。

电子工作平台electronics workbench (ewb)(现称为multisim) 软件是一款电子电路**的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：

1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模**实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路**需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。

2）软件仪器控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

3）ewb软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

5）ewb还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，**电路的实际运**况，熟悉常用电子仪器测量方法。

六、ewb的基本操作方法

1、创建电路。

1）元器件操作。

元件选用：打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。元件的移动：

用鼠标拖拽。元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。

元器件参数设置：选定该元件，从右键弹出菜单中选component properties可以设定元器件的标签（label）、编号（reference id）、数值（value）和模型参数（model）、故障（fault）等特性。

2）导线操作。

主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。

连接：鼠标指向一元件的端点，出现小园点后，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小园点后松开鼠标左键。删除和改动：

选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete。或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。

2、使用仪器。

1）电压表和电流表从指示器件库中，选定电压表或电流表，用鼠标拖拽到电路工作区中，通过旋转操作可以改变其引出线的方向。双击电压表或电流表可以在弹出对话框中设置工作参数。电压表和电流表可以多次选用。

（2）示波器示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。

3、**电路的调试与波形分析。

1）电路的调试。

根据实验电路图，在ewb上将电路图的元器件连接起来，之后连接好示波器。打开电源开关，即可对实验在电路进行**了。

2）波形分析。

首先，在由ic1555与c组成多谐振荡器得部分电路上，理论上将产生近似对称的方波。在示波器上我们可以看到幅度和频率可调的方波。但是，方波波形不稳定，我们通过调节电位器，来改变多谢振荡器的振荡频率，从而实现对方波波形调节的目的。

接着，在由rc构成的积分网络里，其对方波进行积分，得到三角波。此时在示波器里，产生的三角波有很大的失真度。我们分析，要得到理想的波形，必须使多谢振荡器的振荡频率与rc积分网络的频率近似相等。

我们调节r和c的数值，使得二者近似相等，以便得到如下图所示的三角波波形。

当然，最后一个环节是要通过rc积分电路得到理想的正弦波。通过多次调节和观察，我们仍旧无法得到理想的波形。我们通过对电路的分析和考究，从rc积分电路入手，再反推至多谢振荡器。

最后，通过改变振荡频率的方法，得到了稳定且平滑的正弦波波形。频率范围：50hz—5khz。

频率控制方式：通过改变rc时间常数手控信号频率，也可通过改变多谢振荡器的振荡频率来改变信号频率。

总原理图。通过调试，该正弦波的峰峰值为1.33mv, 频率可调范围大约从1khz~1.2khz,幅度可调节范围大约为170uvv~1mv.

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