成绩评定表

                        课程设计任务书

 目录

1课程设计的目的与作用.......................................................1

2设计任务、及所用multisim软件环境介绍......................................1

2.1设计任务.............................................................1

    2.2multisim软件环境介绍.................................................1

3电路模型的建立.............................................................1

4理论分析及计算.............................................................2

    4.1RC串并联网络的选频特性...............................................2

    4.2正弦波振荡电路的检验.................................................3

    4.3判断电路振荡的方法...................................................4

    4.4产生正弦振荡的条件...................................................4

    4.5振荡电路中的负反馈...................................................4

    4.6理论数据处理.........................................................5

5仿真结果分析...............................................................5

6设计总结和体会.............................................................6

7参考文献...................................................................7

1 课程设计的目的与作用

   根据设计要求完成RC串并联振荡电路的设计，进一步加强对模拟电子技术的理解。掌握由集成运算放大器组成RC串并联电路（文氏电桥振荡电路）的工作原理和电路结构，并且掌握双踪示波器的使用方法及元器件的识别和测试。

正弦波振荡电路的四个组成部分：1.放大电路  2.反馈网络    3.选频网络   4.稳幅环节。(1)放大电路： 具有一定的电压放大倍数．其作用是对选择出来的某一频率的信号进行放大。根据电路需要可采用单级放大电路或多级放大电路。

(2)反馈网络： 是反馈信号所经过的电路，其作用是将输出信号反馈到输入端，引入自激振荡所需的反馈，一般反馈网络由线性元件R.L和C按需要组成。

(3)选频网络 ：具有选频的功能，其作用是选出指定频率的信号，以便使正弦波振荡电路实现单一频率振。

(4)稳幅环节： 具有稳定输出信号幅值的作用，以便使电路达到等幅振荡，因此稳幅环节是正弦波振荡电路的重要组成部分。

2 设计任务及所用multisim软件环境介绍

2.1设计任务

使学生初步了解和掌握RC串并联网络的设计、调试过程，能进一步巩固课堂上学到的理论知识，了解集成运放的工作原理。

2.2 Multisim软件环境介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

                       图1.RC串并联网络振荡电路的仿真模型

RC串并联网络振荡电路原理，电路的振荡频率；起振条件是|A|﹥3；电路的特点是：能连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，振荡波形稳定不失真。

4 理论分析及计算

4.1RC串并联网络的选频特性

假设输入一个幅度恒定的正弦电压U，在频率比较低的情况下，由于，，此时Uf的相位超前于U一个角度，这一角度小于90度。当频率较高时，由于，，这时Uf比U滞后某一个角度，这一角度也小于90度。由此可见，只有当角频率为某一中间值时，才能使得Uf与U同相。

下面对RC串并联网络进行定量分析：

在电路中Z₁为R₁，C₁的串联阻抗，所以,

Z₂为R₂，C₂的并联阻抗，所以,

在这里令R1=R2=R，C1=C2=C,

所以

令，则上式为   

 由此可得的幅频特性为                 （1）

的相频特性为                             （2）

由上式可得RC串并联正反馈网络的幅频特性和相频特性的表达式和相应曲线。

4.2正弦波振荡电路的检验

(1) |AF|<1， 则电路不可能振荡；

(2) |AF|>1， 则电路能够振荡，但是会出现明显的非线性失真，需要加强穏幅环节的作用； 

(3) |AF|=1， 则电路能够振荡。

振荡电路在起振过程中，要求|AF|>1， 这样才能保证振荡信号的幅度不断加大。而在起振过程完成后，必须使|AF|=1，电路能够维持振荡。

 4.3判断电路是否振荡的方法

（1） 是否满足相位条件，即电路是否正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡；

（2） 放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适；

（3） 是否满足幅度条件；

 4.4产生正弦振荡的条件

正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路部分。

 4.5 振荡电路中的负反馈

根据以上分析可知，RC串并联网络振荡电路中，只要达到|A|>3，即可满足正弦波振荡的起振条件。但|A|值又不能太大，否则振荡太强，将超出放大电路的线性区而产生严重的失真。放大电路中引入了较深的电压串联负反馈，它的作用不仅可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，而且能够进一步提高放大电路的输入电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电路对RC串并联网络选频特性的影响，提高了振荡电路的带负载能力。所以，振荡电路的振荡频率即为RC串并联网络的f₀=1/2πRC，调节R和C就可以改变振荡频率。

改变电阻RF或R＇阻值的大小可以调节负反馈的深度。R_F愈小，则负反馈系数F= R＇/( R＇+ R_F  )愈大，负反馈深度愈深，放大电路的电压放大倍数愈小；反之，

R_F愈大，则负反馈系数F愈小，即负反馈深度愈弱，放大电路的电压放大倍数愈大。如果电压放大倍数太大，则可能输出幅度太大，是振荡波形产生明显的非线性失真，应调节R_F和R＇的阻值，使振荡电路产生稳定而失真较小的正弦波信号。

4.6理论数据处理

由f₀=1/(2πRC)得   f₀ =1/（2π×3000×25*10^(-9)）=2122.066Hz

则产生频率为2122.066Hz的正弦波

5仿真结果分析

图1为幅频特性曲线

图2为相频特性曲线

                                                                                   

           图2                          图3

由特性曲线图可知，当ω＝ω₀＝1/RC时，正反馈系数||达最大值为1/3，且反馈信号Uf与输入信号U同相位，即φ_F＝0，满足振荡条件中的相位平衡条件，此时电路产生谐振ω＝ω₀＝1/RC为振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率f_o为        （3）

                     图4示波器输出波形图

6 设计总结和体会

在这次模电设计课程的学习中，主要是由我们学生自己来完成，老师在关键的时刻加以指点。我在这次模电设计课程学习中收获蛮多的，首先做事情一定要沉下心来，认真地对待。在抽到三运放数据放大器的时候，突然有些迷惘，因为这个数放没一点印象。同时我也认识到实际操作不像设计仿真的那么简单，要考虑各种意外情况，实际操作中经常发生各种各样的问题，只有耐心和同学研究讨论才能顺利得以解决。带着迷惑，自己对以前的书本进行复习，经过一番试验，最终取得理想的效果。在将近两个多星期的时间里，我真正的体会到了学习的乐趣：翻阅资料，复习以前学过的相关学科知识，奔波于图书管和自习室，上网查找相关资料­……为了完成这次课程设计确实很辛苦，但苦中有乐，每当解决了一个问题，攻克了一个难关，都感到欣喜异常这次的课程设计让我认识到自己在学习上的不足，如以前学过的电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子基础，还有电子电工实习上所学到的东西在这次的课程设计上都有运用，但当要用到这些知识时我明显的感觉到基础知识的缺乏，以致做的很吃力，这让我明白了：我一定要付出更多的努力，学好每一门学科，为以后的学习和工作打下坚实的基础。

感谢老师可以给我们这样的一个学习的机会。

7 参考文献 《模拟电子技术基础简明教程》   杨素行  第三版   高等教育出版社

《模拟电子技术基础简明教程》   杨素行  第三版   高等教育出版社

纸张：A4，单面

·页边距：上2.5cm，下2.5cm，左2.5cm，右2cm

·正文（宋体，小四，1.5行距）

1一级标题（黑体加粗，小二左对齐顶格，1.5倍行距）

·1.1 节标题 （黑体加粗，三号左对齐顶格，1.5倍行距）

·1.1.1 三级标题 （黑体加粗，小三左对齐顶格，1.5倍行距）

第二篇：模拟电子课程设计 - 副本

题目：信号发生器

摘要

信号发生器又称为波形发生器，是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工电子实验室中经常使用的电子仪器之一。信号发生器可以有多种实现方法，而频率越高产生波形越多的信号发生器越好，可以从信号发生器的制作条件及使用领域方面考虑其实现方法数字系统中需要的特殊信号，如方波、三角波等，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。波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。

关键词：正弦波；方波；三角波；低频信号源

 引言：信号发生器是科研、教学、制造业中一种最常用的通用仪器，输出波形一般固定为正弦波、三角波、锯齿波和方波，不能实现有时在实验或工程应用中需要的特殊信号给用户使用带来不便。虽然目前市场上的高性能的任意信号发生器已经出现，但是价格昂贵，对于一般机电控制的用户而言频带不需要很宽。所以一种既能满足一定频率和波形性能要求又价格低廉的超低频任意信号发生器就成为了一种需求。本课题提出一种既能满足使用要求又价格低廉的原理样机设计方案，并对原理样机的性能提出了改进方案。

1设计任务与要求

（1）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能；

（2）正弦波幅值±10V，方波幅值±10V；

（3）三角波峰-峰值20V，各种输出波形幅值在一定范围内可调；

（4）输出波形工作频率范围为100HZ~10KHZ，且连续可调。

2方案设计与论证

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∶

采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。

方案三：

经过思考和讨论，信号发生器主要应用运算放大器组成的滞回比较器积分器和带通滤波器来产生各种信号。这种方法调试方便，功能完备，可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。

图1. 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图

RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。

利用文氏电桥反馈型振荡电路产生正弦波，并通过调节选频网络中的RC值来达到频率的控制，接着在发生器后串上一放大电路从而达到幅值的控制；方波的产生利用电压比较器产生，占空比利用改变参考电压来控制，而幅值的控制则在输出端串接一个滑动变阻器来实现，十分方便；三角波则利用积分电路来产生，串接放大电路从而达到幅值的控制。

3单元电路设计与参数计算

3.1单元电路设计

(1)正弦波发生电路的工作原理

图2.  正弦波发生器原理图

图3.  正弦波发生器工作波形

正弦波发生器电路如图2所示，它由放大电路即运算放大器与反馈网络、选频网络、稳幅环节组成。运算放大器施加负反馈就为放大电路的工作方式，施加正反馈就为振荡电路的工作方式。图中电路既应用了经由R3和R4的负反馈，也应用了经由串并联RC网络的正反馈。电路特性取决于是正反馈还是负反馈占优势。

（2）正弦波—方波转换电路的工作原理

图4. 方波发生器原理图

图5.  方波发生器工作波形

正弦波转换为方波，采用了电压比较器，通过与反相端输入的参考电压比较输出方波波形，调节参考电压可以改变方波占空比；方波幅值要达到±10V可调则在比较器输出端串接滑动变阻器来调节方波幅值。

（3）方波—三角波转换电路的工作原理

图6. 方波产生三角波原理图

图7. 三角波发生器工作波形

方波转换成三角波，采用积分电路，并通过正向放大器使其幅值可调。

3.2参数计算

?  和频率有关参数的设计

根据稳定振荡条件： ,在选频网络中，选择,根据频率的变化范围计算可变电阻值如下;

同理

所以选择滑动变阻器的范围在之间变化,与电容并联，而且保持两个滑动变阻器同时变化。

?  负反馈回路参数设计

根据振荡条件:

在这由于实际运算放大器的特性并不理想，开环增益有限，故要适当消弱负反馈，才能真正满足振荡的幅值条件便于起振。因此，实际选用的的阻值应比理论值计算值略为大些，或者是的理论计算值略为小些，这里取，  。根据标准电阻选择

?  稳幅电路的设计及参数计算

为了采取稳幅措施，加入二极管进行稳幅。这是一个自动振幅控制电路，当信号较小时，二极管截止，因此100电阻不起作用，从而,也就是此时振荡在积累，当振荡不断地增长，这两个二极管以交替半周导通的方式逐渐进入导通的状态，在二极管充分导通的限制下，的值会变为并联以后的电阻，使得比值减小，然而，在此极限到达之前，振幅会自动的稳定在二极管导通的某个中间电平上，这里正好满足

4总原理图及元器件清单

4.1总电路图

图8. 函数发生器总电路图

4.2元件清单

5  安装与调试

5.1安装阶段: 按电路图8进行安装，安装时主要考虑一方面使电路 易读即布局有序，便于以后查错。另一方面对影响电路参数 或性能的主要元件要考虑在调试阶段方便。

 5.2调试： 电路安装好后，检查元件和引线连接无误，即可通电调试，调试可分粗调和细调两步进行。

（1）粗调

为便于检查，粗调时可将C3断开，分别检查振荡电路和射随器电器部分。振荡电路如果设计和安装无误，接通电源即应起振。输出端可得到正弦信号。若无振荡波形，一般是无正反馈或闭环放大倍数太小。首先检查正反馈支路是否接通，元件是否连接正确。然后则可加大R1，提高闭环增益。若仍不起振，则要检查运算放大器性能是否正常。如果增大R1后起振了，说明负反馈太大，可适当加大R1使振荡波形稳定。正常情况下，改变R1能控制输出幅度。调节双连电位器能改变频率，且波形无明显失真。 注意:粗调时双连电位器应处在中央位置。

（2）细调

粗调完毕，振荡器输出基本处于正常状态，而有正弦波输出，但其频率范围、幅度等不一定符合要求，还需进一步调试。 振荡器的频率主要由RC值决定，当C确定后，改变R阻值 由小到大应满足100Hz~10KHz的频率范围。若低频端达不到要求，说明R4+R5对文氏振荡电路的分流太大， 应适当加大 R4+R5的阻值。若高频端达不到要求，则可适当减小串联电阻510欧的阻值，这个过程往往需要反复进行要有耐心。一个性能良好的振荡器一定要有好的幅频特性。即它在调节振荡频率时，输出电压的幅度保持不变。

6  性能测试与分析

（1）放波输出电压 Up—p《=2Vcc 是因为运放输出极有 PNP 型两种晶体组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饮和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。

（2）方波的上升时间 T，主要受预算放大器的限制。如果输出频率的限制。可接加速电容 C1，一般取C1为几十皮法。

7  结论与心得: 

经过本次课程设计，对我在独立思考问题以及对问题的求证方面的能力都有所提高。模电这门课程是一门需要彻底钻进去才能学有所成的课程，要想把它学好，真的需要我们拿出自己那份极其认真的态度和极其刻苦钻研的精神。本次课程设计让我在电子文档的使用方面有了更大的提高，让我对波形发生器的硬件部分和软件部分有了更深层次的了解，通过对课本等一系列的学习以及与参考书的对照，让我明白了不少以前心中有疑惑的地方，这一点很值得庆幸的。特别是本设计中的软件设计部分，让我思路更分清晰的认识及掌握波形发生器比较抽象的部分，从而让我对波形发生器有一个更彻底更清晰的学习。

这次设计我用极其认真的态度去对待，让自己利用这次设计的机会好好的提高，能够有更多的领悟，不枉费老师的谆谆教导，也是对自己负责人的一种表现。在此，我还要感谢我的指导老师，是他的细心和耐心讲解让我少走弯路，又是在他认真负责的指点迷津，让我反复的斟酌，仔细的推敲，才圆满的完成了本次课程设计。真心的感谢老师！

8  参考文献

[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.434-464.

[2] 康华光.电子技术基础（数字部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.414-424.

[3] 罗先觉，《电路》第5版，高等教育出版社，2006.

[4] 刘润华，任旭虎编《电子技术实验与课程设计》.

[5] 李翠华.信号发生器的设计.科技广场2009.1.

Title: signal generator

designers: Shi Xiaomeng

mentors: Cui Jin flowers

abstract

signal generator also known as waveform generator, is a standard signal of electronic devices, are frequently used in industrial production and electrical and electronic Labs one of the electronic instrument. Signal generator can has multiple achieved method, and frequency more high produced waveform more more of signal generator more good, can from signal generator of produced conditions and the using area aspects consider its achieved method digital system in the needs of special signal, as square wave, and triangle wave,, such as in communications, and broadcast, and TV system in the, are needs RF (high frequency) launches, here of RF wave is carrier, to audio (low frequency), and video signal or pulse signal carrying out, on needs can produced high frequency of oscillation Manager. In the field of industry, agriculture, bio-medical, such as high-frequency induction heating, melting, quench, ultrasound Diagnostics, such as magnetic resonance imaging, you need power or large or small, or high or low frequency oscillator. Waveform generator widely used in major universities and research establishments. With the advances in science and technology, social development, a single waveform generator can no longer meet the needs of the people, and we design the multiple waveform generator.

Keywords: sine wave; wave; triangle waves; low-frequency signal source