模电正弦波函数发生器基础工程设计报告

'桂林电子科技大学基础工程设计论文基础工程设计论文题目：正弦波函数发生器设计院（系）：电子工程与自动化学院专业：测控技术与仪器学生姓名：学号：指导教师：2013年9月13日14 桂林电子科技大学基础工程设计论文摘要在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。因此，本设计意在设计一个产生正弦波的函数发生器。它可由RC串并联选频网络、LM324放大器、反馈网络、稳幅环节实现。这个设计制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有一定的实际应用价值。关键词：LM324放大器、正弦波、选频网络14 桂林电子科技大学基础工程设计论文目录引言………………………………………………………………………11设计任务及要求…………………………………………………………21.1设计任务…………………………………………………………………21.2设计要求…………………………………………………………………22方案论证及选择…………………………………………………………22.1概述及方案选择…………………………………………………………22.2工作原理…………………………………………………………………23硬件电路的设计…………………………………………………………33.1单元电路结构………………………………………………………………33.2总电路图…………………………………………………………………43.3用Multisim10电路仿真……………………………………………………54结果验证…………………………………………………………………64.1实验过程中的故障、原因及排除方法………………………………………64.2测试结果…………………………………………………………………65设计总结…………………………………………………………………7参考文献………………………………………………………………………8谢辞…………………………………………………………………………9附录…………………………………………………………………………1014 桂林电子科技大学基础工程设计论文引言在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量,现今世界中电子技术与电子产品的应用也越加广泛，人们对电子技术的要求也越来越高。因此如何根据实际要求设计出简便实用的电子技术物品便显得尤为重要。灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。能将简单的易获取的信号转换为自己所需的复杂信号是一项必不可少的技术。我们有必要做好这相关方面的研究，为被测电路提供所需要的信号及各种波形，以便完成各种相关试验。信号源在各种试验应用和实验测试处理中，仿真各种测试信号，提供给被测电路，用来满足实验的各种要求。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它并不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。本文所设计的正弦波函数发生器就是信号源的一种，采用LM324运算放大器、电阻和电容组成简单的电路，实现波形的产生和转换。由于此次设计的简单正弦波函数发生器采用传统的模拟电子技术电路构成，所以误差是难免会有的。14 桂林电子科技大学基础工程设计论文正弦波函数发生器设计1.设计任务及要求1.1设计任务正弦波函数发生器设计1.2设计要求（1）频率范围50HZ-20KHZ（2）输出电压Vpp>1V（3）波形特性：非线性失真<5%2.方案论证及选择2.1概述及方案选择：正弦波发生器根据选频网络不同，常见有三种电路选择:RC振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡电路。其中LC电路主要用于高频振荡电路，石英晶体振荡电路适用于要求振荡频率稳定的场合，RC电路主要用于低频振荡电路。根据构成放大电路主要元件的不同，常见的电路有晶体管振荡电路和集成运放振荡电路。根据本设计要求，本设计采用RC振荡电路产生低频振荡，使用集成运放作为振荡电路的放大元件。2.2工作原理：正弦波发生器的电路，其中集成运放作为放大电路，RC串并联网络是选频网络，它是一个接正反馈的反馈网络。另外R2和R1支路引入一个负反馈。RC串并联网络中的串联支路和并联支路，以及负反馈电路中的R1和R2真好组成一个电桥的四个臂，因此也称其为文氏电桥振荡电路。见图1。选频网络放大电路反馈网络稳幅环节图1正弦波波发生电路框图14 桂林电子科技大学基础工程设计论文3.硬件电路的设计：3.1单元电路结构（1）选频网络：此电路采用RC串并联网络作为选频网络。见图2。图2（2）放大电路，见图3。图3放大电路图3（3）反馈网络，见图4。图4（4）稳幅环节，见图5。图514 桂林电子科技大学基础工程设计论文（5）LM324四运放的应用LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图6所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图7。图6图73.2总原理图，见图8。图814 桂林电子科技大学基础工程设计论文3.3用Multisim10电路仿真（1）根据起振条件和幅值平衡条件需满足：1+Rf/R1>=3，用电位器可以调节（2）根据公式和设计要求，确定R、C的值。算出要求频率的极限值，经过计算：当f=50HZ时，可以取R=32KW,C=100nF;当f=20KHZ时，可以取R=80W,C=100nF;（3）仿真原理图，见图9图9（4）f=20KHZ时的仿真结果，见图10。见图1014 桂林电子科技大学基础工程设计论文（5）f=50HZ,时的仿真结果，见图11。见图114结果验证4.1实验过程中的故障、原因及排除方法1、首次调试时，LM324芯片两端加12v电压，结果芯片发热很严重。通过检查电路，发现芯片两端连接电源的引脚接反了。调整后，芯片通电时不再太发热。2、调试时没有波形出现，在老师的指导下，发现原理图的一根地线没接上，在接上后能出波了。3、由于是粗调电位器，所以正弦波不好调节，如果能用细调电位器就好了，下次要注意。4.2测出结果测出来的频率范围是46HZ—23KHZ比实际要求范围大了，Vpp在7v—21v之间，电位器不太灵敏的原因，导致波不太好调，容易失真，当频率大于10KHZ时，正弦波就有失真了。总体来说还算达到了设计要求。5设计总结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、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。14 桂林电子科技大学基础工程设计论文通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人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一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可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重要方面吧！在实验过程中，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，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。实验中暴露出在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，今后还需要加强动手实践能力。14 桂林电子科技大学基础工程设计论文参考文献[1]童诗白.模拟电子技术.高等教育出版社，2006.[2]曾兴雯.高频电路原理与分析.西安电子科技大学出版社，2006.14 桂林电子科技大学基础工程设计论文谢辞在此衷心感谢指导老师，本次课程设计是在老师的细心指导下完成的。老师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力、活跃的思想、以及平易近人的师长风范，也使人受益匪浅。在调试制作的过程中老师给我提供了许多帮助。值此论文完成之际，谨向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。14 桂林电子科技大学基础工程设计论文附录附图1——原理图附图2——PCB图14 桂林电子科技大学基础工程设计论文《课程设计》元器件清单学号：1100820110姓名：段再华课题：正弦波函数发生器设计序号名称数量单价备注1LM3241　　2电容2　100nF*23电阻5　20K*1，60*2，10K*24稳压二极管2　5DIP14插座1　　6电位器3　50K*2,20K*1　7单排针1排　14合计15　　附表1——原件清单14'