4.4实物图
图22 函数发生信号器实物图
一、设计任务及要求： 设计任务： 设计方波-三角波-正弦波函数信号发生器。 要求： 1 输出波形：方波，三角波和正弦波； 2 频率值：f=5Hz~200Hz； 3 输出电压：方波Up-p＜24V,三角波Up-p=5V，正弦波Up-p＜1V。
指导教师签名：
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函数信号发生器的设计 1设计目的 a 掌握电子系统的一般设计方法； b 掌握模拟IC器件的应用； c 培养综合应用所学知识来指导实践的能力； d 掌握所用元器件的识别和测试； e 熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。 2设计思路 a 设计方波电路； b 设计三角波电路； c 设计正弦波电路； d 将三个波形电路连接在一起。 3设计方案 3.1 方案论证 方案一：采用ICL8038集成函数信号发生器芯片外加电阻，电容元件，构成波形发生电路，ICL8038集成函数信号发生器芯片是一种多用途的波形发生器芯片，它可以用来产生正弦波，方波，三角波和锯齿波。它的振荡频率可以通过外加的直流电压进行调节，是一种压控集成函数信号发生器。虽然ICL8038集成函数信号发生器的功能强大，但是它的价格昂贵，而且市面上也较难买到，如果用ICL8038芯片来制作简易波形发生器系统，则会大大增加系统的制作成本。 方案二：采用LM324集成运放芯片，外加电阻，电容等元器件调整，滤波，构成简易波形发生器。LM324是一种集成运放放大器芯片，它的内部有四个独立的放大器。根据所学知识，运算放大器可以构成同相滞回比较器，积分器和二阶有源低通滤波器电路。可以分别产生方波，三角波和正弦波。该电路具有重量轻体积小，效率高，输出稳定等特点。而且LM324集成运放芯片价格低廉，容易买到，降低了制作成本。
（图片详见附件）
图1 函数发生器的方案图
本设计意在用LM324放大器设计一个产生方波-三角波-正弦波的函数发生器，即直流电源通过一个同相滞回比较电路转换为方波，方波通过一个积分电路转换为三角波，最后经滤波电路（RC振荡电路）转换为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。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[1]。 综上所述，采用方案二。 3.2 原理图 3.2.1 总原理图 图2 函数信号发生器的总原理图 3.2.2 分电路图及其原理
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图3电路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。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡首先；图4采用低通滤波的方法调节电位器将三角波变换为正弦波。至此一个波形的转换电路基本设计完成。达到了波形转换的目的[2]。 3.3用Multisim10电路仿真
图5原理图仿真 图6矩形波 图7三角波 图8 正弦波 3.4 PCB制图
图9 PCB布线图
4 电路的安装与调试分析 4.1 安装电路 a 将主要芯片LM324放在电路板的中央； b 将各个元器件按照合理布局放入适当位置； c 依据电路图，焊锡，连线。 4.2 检查电路 通电前：电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。 通电：接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。 4.3 调试电路 接入正负12V电源后，用示波器先接第一个输出端，通过调节R2和R3电位器，使方波达到指标要求。方波稳定后，可再接第二个输出端，出现三角波；再接入第三个输出端，产生正弦波，通过调节R9使正弦波达到指标要求。 LM324的管脚图： 图10 管脚1 OUTPUT矩形波 图11 管教2 GND
图12 管脚3 + INPUT 图13 管脚4 VCC﹢12V 图14管脚5 +INPUT 图15 管脚6 -INPUT
图16管脚7 OUTPUT正弦波 图17 管脚8 OUTPUT三角波
图18管脚9 –INPUT 图19管脚10 +INPUT
图20 管脚11 VEE -12V
4.3 实验结果 实验结果:在示波器上依次接入三个输出端，则依次出现方波，三角波，正弦波。
方波 三角波 正弦波
图21输出波形 如图22为函数信号发生器的实物图。右边的三个端子从上至下为电源负极，地线和电源正极；左边三个端子由下至上依次为方波输出，中间为三角波输出，上面为正弦波输出。在检测电路板时，右边三个端子接好电源正负极和地，左边输出依次接在函数发生器上，观察波形。 5 设计体会与建议 5.1 设计体会 经过本次设计，让我们对LM324的工作原理有了较深的理解，掌握了LM324的引脚功能、内部构造及其工作原理。利用LM324制作出来的函数发生器具有线路简单，频率和幅度便于调节。它可输出正弦波、方波、三角波以及锯齿波等，输出波形稳定清晰，信号质量好，失真度小。系统输出频率范围较宽且经济实用。 此外，在做实验前，我们必须掌握一些必备的常识，比如，三极管引脚的判定以及电阻值的判定。我们也必须用科学的态度对待我们在实验中所遇到的问题，不能够自以为是，要用科学的房法来分析解决问题。应该以作为一个工程人员应用的素质去面对，发现问题，解决问题。在实验时应保持冷静，测试有条理。遵循物质客观规律，不随便改写实验数据。自己平时要多动手、多动脑，这样当问题来临时你就不会反应慢。该多画就多画些，比如，那些PCB板的制作就应该多画些，以便能增加自己对该软件的熟练度，等下次用起来时能够称心如意，这样就不会浪费时间。再如，在焊接导线时，应区别不同类型的导线用不同类型的焊接方法及焊接的先与后顺序。还要注意试验安全，不要轻易地尝试不安全接法。在做设计时必须讲求产品的实用性、美观性以及经济性等[3]。 5.2 建议 函数信号发生器的电路板布局应更合理些，使得焊接时可以更加方便；再者，仪器的选用，在仿真时就应多多尝试不同的元器件所给出的不同效果，以达到电路本身的要求。
参考文献 [1] 彭介华.电子技术设计指导[M]，北京：高等教育出版社，2008.12 [2] 童诗白 华成英主编 模拟电子技术基础（第四版）[M]，北京：高等教育出版社，2001 428-430，440-442 ，334-335。 [3] vyooliwei.函数发生器的应用
附录表1设计元件领用清单
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