信号发生器设计-科技创新技能训练报告

一、项目简介

1. 研究背景、意义

各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。这种能够产生多种波形,如三角波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器产生的各种波形能满足现代测量、通信及数字系统等对各种信号源的需求。例如设计和测试、汽车制造、生物医药、传感器仿真、制造模型等。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

二．设计要求

1．基本要求

（1）产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出峰峰值为1V的方波；

（2）产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出峰峰值为1V的三角波；

（3）产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出峰峰值为1V的正弦波；

（4）方波、三角波、正弦的波形无明显失真。

2．发挥部分

（1）产生输出频率为15kHz-30kHz连续可调，输出幅度峰峰值为3V的正弦波Ⅱ；

（2）频率误差不大于10%；通带内输出幅度峰峰值误差不大于5%。

（3）矩形波占空比可调整。

三．设计方案论证

信号发生器一般由一个电路产生方波或者正弦波，通过波形变换得到其他几种波形。考虑到RC震荡产生正弦波的频率调节不方便且可调频率范围较窄，本设计采用先产生方波，后变换得到其他几种波形的设计思路。采用555组成的多谐振荡器可以在接通电源后自行产生矩形波，再通过积分电路将矩形波转变为三角波，再经积分网络转变为正弦波。如图所示电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。其产生的波形顺序如图1所示。

四．设计原理及电路图

1. 产生方波

555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

555定时器的工作原理:555定时器是--种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图所示。555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得和两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND, 2脚是低触发端IL，3脚是输出端OUT,4脚是清除端Rd, 5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端H，7脚是放电端DIS,  8脚是电源端VCC。555引脚如图， 引脚功能如表。

555定时器接成多谐振荡器工作形式，C1 为定时电容，C1的充电回路是R1→R3→D2→C2， C2的放电回路是R2→D1→R3→放电管。R1=R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，按图所示元件参数，其频率为5-10KHZ左右，调节滑动变阻器可改变振荡器的频率，产生频率可调的方波。

电容C1的充电时间为：T1=R1×C1×Ln2

电容C1的放电时间为：T2=R2×C1×Ln2

故得输出脉冲的占空比为：q=R1/(R1+R2)

电路的振荡周期也相应地变为T=T1+T2=（R1+R2）×Ln2

若R1=R2，则q=50%，

2. 产生三角波

方波信号经R5、C6积分网络后，输出三角波。电路的时间常数R×C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

3. 产生正弦波

三角波再经R6、C7积分网络，输出近似的正弦波。

3. 总电路

  经过这次课程设计，使我明白课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验和综合，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还很多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都容易懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次的设计中虽然遇到了很多的问题，认识了一些以前不了解或者不知道的元件，有些虽然没有用到，但是学习是无限的，当自己搞成的时候有无比的喜悦，一种很自豪的感觉。我感觉设计是对学习知识的运用和个人自己的能力的全面体现，体现了一个人学以致用的能力。只有在真正的运用中才能更好的掌握知识，这样的学习才会有效率，才能长久的记忆。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。同时，通过对多种方案的分析讨论让我们明白在对于不同的环境和要求相应的要作出最合适的选择的合理性和重要性。

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2018-7-18 17:43 上传

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