吉林工程技术师范学院课程设计论文电子技术课程设计论文 三角波方波发生目录第一章 绪论 （3）第二章 系统总体方案设计（5）2.1设计要求（5）2.2方案论证与选择（5）第三章 硬件设计 （6）3.1电路的工作原理（6）3.2电路的安装测试（9）3.3电路参数的计算（11）3.4元件清单（12）3.5仿真与调试（12）第四章 软件设计 （16） 4.1寻找故障的方法（16） 4.2注意事项（16）第五章 总结与展望（17）附录：原理图（19）参考文献（19）第一章 绪论 信号发生器是指能产生某些特定的周期性时间函数波形信号（如正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等信号），频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域的发生器。脉冲信号发生器是指能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。（4）利用专用直接数字合成芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大类：正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。第二章 方波三角波发生器电路设计2.1 设计要求（1）根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。 （2）列出所用元，器件清单报实验室设备。 （3）安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。 （4）记录实验结果。2.2方案论证与选择方案一采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 方案二：采用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。该电路的特点是：1、线性良好，稳定性好；2、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便的连续的改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。因此本实验采用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波的方案 第三章 硬件设计3.1 电路的工作原理本次波形发生器设计要求产生方波和三角波，矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。矩形发生器电路，它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，如图中实线所示。反相输入端电位Un随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷是，Un趋于+ Uz；但是，一旦Un=+ Ut，再稍增大，Uo就从+ 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，或者说放电。反相输入端电位完整电路图Un随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，Un趋于- Uz；但是，一旦Un=- Ut，再稍减小，Uo就从- Uz跃变为+Uz，与此同时Up从- Ut跃变为+Ut，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值比较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。但是，一方面这个三角波的线性度较差，另一方面带负载后将使电路的性能产生变化。实际上，只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算的输出就得到三角波电压。迟滞比较器的工作原理迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。 图1a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图1b为迟滞比较器的传输特性。 迟滞比较器 图1a 传输特性 图1b不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过U之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于U的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。图2为其原理图。集成2.3.2元件uA741的内部结构图 方波 三角波信号发生器原理图3.2路的安装与测试接好全部连线后，应对照电路图仔细复查一遍。检查晶体管或集成块的引脚是否插对，是否有漏线和错线，然后用万用表的“10”档检查电源与地线之间的电阻值，排除电源与地线之间的开路或短路现象。1 集成电路的安装 为防止集成电路芯片受损，在插入和拔出芯片时要非常细心。插入时应使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引脚均对准插座板上的小孔，均匀用力按下；拔出时，必须用专用拔钳，夹住集成块两端，垂直向上拔起，或用小起子对撬，以免使其引脚因受力不匀而弯曲或断裂。2 正确合理布线 21 导线的选择 一般应选用直径为0508mm的单股导线，长度适中，两端绝缘皮剥去510mm，并剪成45角。22 正确合理布线 在电子电路中，由于布线错误而引起的故障占有很大比例。为避免或减少故障，要求布线合理和准确。 (1) 元器件和连线要排列整齐，一般按电路顺序直线排列，输入与输出线要远离。在高频电路中，导线不要平行，以防止寄生耦合引起电路自激。元器件插脚和连线要尽量短而直，以防止分布参数影响电路性能。 (2) 布线时要注意在器件周围走线，不允许导线在集成块上方跨过，以免妨碍排除故障或调换器件。 (3) 为使布线整洁和便于检查，电路中不同功能的导线应尽量采用不同的颜色，如电源线用红色，接地线用黑色等等。 (4) 布线的顺序是先布电源线和地线，再布固定使用的规划线(如固定接地线或接高电平、或接时钟脉冲的连线等)，最后再逐级连接控制线及各种逻辑线。必要时可以边接线边测试，逐级进行。走线应尽可能少遮盖其它插孔，以免影响其它导线的插入。3 电路调试和故障的检查与排除 31 认真仔细复查 接好全部连线后，应对照电路图仔细复查一遍。检查晶体管或集成块的引脚是否插对，是否有漏线和错线，然后用万用表的“10”档检查电源与地线之间的电阻值，排除电源与地线之间的开路或短路现象。32 通电检查 (1)直接观察：上述检查无误后给电路通电，然后用手触模元器件，检查有无异常发热现象、有无异味等。 (2)测量参数：用万用表测量电路的电源Ucc和地两脚之间的电压，测量晶体管的工作点是否符合要求等。 (3)采用动态逐级跟踪法：在电路输入端加人一个有规律的信号，按信号流程用示波器依次检查各级波形，看是否有故障直至找到为止。对于脉冲数字电路，还可用发光二极管来逐级显示其输入、输出脉冲信号。 (4)采用替换法：不改变电路的接线，通过更换一些元器件来发现故障。(5)消除电路存在的不良影响：注意消除TTL电路存在电源电流尖峰的影响，防止集成电路产生误触发(可加滤波电容)等。(6)电路工作频率较高时，应采取如下措施： 减小电源内阻，扩大地线面积或采用接地板，使电源线与地线夹在相邻的输入线和输出线之间，起屏蔽