数字电子技术课程设计

《电子技术》课程设计报告。

题目低频正弦信号发生器

学院（部）信息工程学院

专业电子信息工程

班级学号。学生姓名。

12月 20日至 12月 30 日共 2周。

指导教师（签字。

目录。1．摘要3

2．课程设计内容说明3

3．系统概述3

4．单元电路设计与分析6

5．系统综述、总体电路图22

6．结束语23

7．参考文献23

8. 元件明细表23

9．鸣谢24

10.收获与体会，存在的问题24

11．教师评语26

低频正弦信号发生器。

摘要。正弦交流信号是一种应用极为广泛的信号，它通常作为标准信号，用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的正弦信号检测一些物理量，正弦信号用作标准信号时，要求正弦信号必须有较高的精度，稳定度及低的失真率。

本文中介绍的低频正弦信号发生器是由模拟电路来构成实现，主要利用《电路与模拟电子技术基础》里的电路知识结合一些课外材料，通过计算分析其输出值和精度误差等。然后主要利用《电路与模拟电子技术基础》的第8章信号产生电路中的知识，及《数字电子技术基础》的第七章，结合一些课外知识，通过计算分析其输出值和精度误差等。此外，还分析了其他方案的思想和可行性，并且对课设过程中的注意事项和产生的问题以及原因进行了综合分析和说明，对课设过程中的感受、得到的经验进行了总结。

关键字：正弦信号；振荡电路；稳幅；频率显示；电压显示。

课程设计内容说明。

第一章系统概述。

正弦信号发生器又称正弦波振荡器，根据任务书的要求，系统可分为三大部分，即正弦信号的产生；输出频率的范围及其数字显示；输出电压的幅度的数字显示，下面介绍四种切实可行的方案。

方案一：基于555定时器构成的多谐振荡器能够产生正弦信号，可以采用数字电路作为正弦信号发生器。这种方法是由555首先产生方波，然后使其通过两个双bcd加法计数器4518，进行4级级联分频，选出满足要求的某一特定频率，再通过后面的滤波电路和放大电路输出低频正弦信号。

对于频率和电压的显示，再分别设计电路图，通过模数转换芯片使其变成能够在数码管上显示的数字信号。这种设计电路的核心部件是555定时器，通过调节滑动变阻器来改变信号的频率，使其满足要求，在20hz～20khz变化，也可以用另一个变阻器来使电压达到5v。

系统原理图1

上述电路的实现以及调节方法都比较简便可靠，并且产生的正弦信号误差较小，与理论值相差不大，但其电路中用到的元件主要是模数转换器，还附加另外的一些元件，使其连接变得很复杂，并且在使用multism10.0**时，元件mf10并不存在，不容易找器件代替。

方案二：采用max038芯片产生正弦信号，该芯片能产生高精度的信号，频率范围大，功耗低，信号产生后再通过运放opa604的功率放大来满足输出电压的幅度要求，然后通过555定时器组成的施密特触发器，单稳态电路，多谐振荡电路对其放大整形和控制，最终通过十进制加法器74ls160，锁存器74ls273，译码器74ls48使数码管显示电压，由于本学期刚学过555定时器，74ls160,74l48等芯片，设计过程中易于理解和操作，其次是电压的显示，我们用了a/d转换器，比较器，译码器，数码管，设计成数字电压表，实现对电压的显示。首先用三位并行比较型a/d转换器，通过输入模拟电压值与电压常量u=7.

27v进行比较，确定输入模拟电压值与各比较器输出状态及编码器输出的二进制**关系。输入的正弦信号与4.55v电压进行比较输出作为锁存器的cp脉冲，控制锁存器将输入的低频正弦信号幅度所对应的二进制编码进行锁存并输出。

然后用7段译码器74ls47驱动数码管读出a/d转换结果，使输入低频正弦信号的幅度数字显示。该模块外围电路简单，便于实现。

上述集成度高，外围电路简单，便于实现。但所用芯片较复杂，正弦信号产生过程过于直接，达不到实验所要的初衷，而且集成电路部分知识较为复杂，不太容易掌握。

方案三：利用三角波发生电路，先产生一个方波，在通过方波产生三角波，使用lm741和相应电器构建三角波发生电路，之后再连一个rc串并联正弦波振荡电路，使输出的三角波转化为正弦信号，通过调节三角波发生器中的同相迟滞比较器中的两个电阻调节电压值为5v，通过调节电容值改变总电路的频率值，保证频率值在20hz~20khz之间。

因为此方法所涉及的知识在模拟电路中都学过，产生的正弦信号也比较精确，所以我们这一队决定采用第三种方法来实现低频正弦信号的产生。

第二章单元电路设计与分析。

根据总电路可以分为五大块，一是方波发生电路；二是三角波发生电路；三是积分运算电路；四是数字显示频率；五是数字显示电压幅值。

第一块：方波发生电路。

1）电路组成及工作原理：

方波发生电路工作电路图如下图所示：

图（1）方波发生电路图如图（1）所示，它是由一个迟滞比较器和rc积分延时电路组成的，在电路中迟滞比较器起开关作用，rc电路起反馈和延时作用，下面我们来定性地分析它的工作原理。

我们知道迟滞比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态，在图（1）中迟滞比较器的输出电压也就是双向稳压管的稳压值，集成运放同相输入端的电位为。

设电源接通的瞬间电容两端的电压=0，迟滞比较器的输出电压，电容开始充电，电容两端的电压增加，集成运放。

反相输入端的电位，由零逐渐上升。而此时集成运放同相输入端的电。

位为。当低于时，迟滞比较器的输出电压维持高电平。

不变；当上升到略高于时，迟滞比较器发生翻转，输出电压会立即从。

高电平跳到低电平，即输出电压。

当时，，电容经电阻r开始放电，电容两端的电压。

增加逐渐下降，集成运放反相输入端的电位减小，此时集成运放同相输入端。

的电位为。当高于时，迟滞比较器的输出电压维持低电。

平不变；当下降到略低于时，迟滞比较器发生翻转，输出电压会立即。

从低电平跳变到高电平，即输出电压，比较器又回到初始状态。如此。

循环反复，电路产生振荡。由于电容的充、放电回路相同，即充、放电时间常数。

相同，使比较器维持低电平的时间与维持高电平的时间相等，所以输出端为一方。

波信号。根据上述分析，我们把输出电压的波形如图（2）所示。

图（2）2）分析计算。

设此波形第一次与横轴的交点是t1，第二次为t2。

则当t=t1时，；

当t=t2时，。

设t1时刻的为初始值，t=时，的终始值为，电容c的充放电。

时间常数=rc。根据一阶rc电路的三要素法可得。

式中， =t1-t2，同时从图（2）中可以看出由t1到t2所经过的时间刚好是振。

荡周期的一半，即。

当时，，代入式（3）得。

解之可得。

则方波的振荡频率为。

第二块：三角波发生电路。

1）电路组成及工作原理：

三角波发生电路如图所示。

图（3）上图是由一个同相输入迟滞比较器和一个积分器组成。我们知道对方波信号进行积分，就可以得到线性度很高的三角波信号。但这样得到的三角波信号的幅值会随着输入方波信号的频率发生变化。

该电路解决这个问题的方法是将积分电路的输出量反馈到迟滞比较器的输入端，再把迟滞比较器输出的方波作为积分电路的输入，事三角波的输出电压幅值只由电阻r1、r2和稳压管的电压值uz决定。

假设t=0时，uo1=+uz，则电容被充电，此时迟滞比较器的同相输入端的电位为：

u+ =uo18）

可见u+随着uo的下降而逐渐减小，当uo下降到一定程度时，会使u+略低于u-，即u+略低于零，迟滞比较器发生反转，其输出电压uo1由高电平+uz跳变为低电平-uz，即uo1=-uz，代入式（8）中可得到此时迟滞比较器同相输入端的电位会比零更小。同时由于uo为低电平-uz，则电容开始放电，uo又会按照线性规律逐渐上升，uo上升到一定程度时，会使u+略高于u-，即u+略高于零，迟滞比较器又会发生翻转，其输出电压uo1又由低电平-uz跳变为高电平+uz，即uo1=+uz。如此循环反复，电路开始振荡。

由于电容充电回路与放电回路相同，积分电路输出电压上升与下降的时间相等，可画出该电路uo1和uo的波形如图（4）和图（5）。由此可见该电路图既能输出三角波，又能输出方波，素以该电路又称为方波—三角波发生电路。

图（4）图（5）

图（4）和图（5）是分别使用示波器测试a点和b点的输出信号波形，即uo1和uo的波形图，下图为总的三角波发生电路输出地波形，从中可以看出两波形的频率相同。

图（6）2）分析计算：

由图（4）所示波形可知，在迟滞比较器的输出电压从-uz跳变到+uz时刻，输出电压uo为峰值uom，比较器发生跳变时，u+= u-=0 ，uo1= uz，可以求得。

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