正弦波信号发生器设计(课设)

(正弦波信号发生器设计)

2010年 1月19日

摘  要

正弦波是通过信号发生器，产生正弦信号得到的波形，方波是通过对原信号进行整形得到的波形。

本文主要介绍了基于op07和555芯片的正弦波-方波函数发生器。以op07和555定时器构成正弦波和方波的发生系统。Op07放大器可以用于设计正弦信号，而正弦波可以通过555定时器构成的斯密特触发器整形后产生方波信号。正弦波方波可以通过示波器检验所产生的信号。测量其波形的幅度和频率观察是否达到要求，观察波形是否失真。

关键词：正弦波 方波 op07 555定时器

引言 2

1  发生器系统设计 2

1.1系统设计目标 2

1.2 总体设计 2

1.3具体参数设计 4

2 发生器系统的仿真论证 4

3 系统硬件的制作 4

4 系统调试 5

5 结论 5

参考文献 6

附录 7

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引言

正弦波和方波是在教学中经常遇到的两种波形。本文简单介绍正弦波和方波产生的一种方式。在这种方式中具体包含信号发生器的设计、系统的论证、硬件的制作，发生器系统的调制。

1、发生器系统的设计

1.1发生器系统的设计目标

    设计正弦波和方波发生器，性能指标要求如下：

1）频率范围100Hz-1KHz；

2）输出电压>1V；

3）波形特性：非线性失真<5%。

1.2总体设计

（1）正弦波设计：正弦波振荡电路由基本放大电路、反馈网络、选频网络组成。

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图1.1

正弦波振荡电路产生的条件是要满足振幅平衡和相位平衡，即AF=1；φa+φb=±2nπ；A=X。/Xid;   F=Xf/X。；正弦波振荡电路必须有基本放大电路，本设计以op07芯片作为其基本放大电路。

基本放大电路的输出和基本放大电路的负极连接电阻作为反馈网络。反馈网络中两个反向二极管起到稳压的作用。振荡电路的振荡频率f0是由相位平衡条件决定的。一个振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这要求AF环路中包含一个具有选频特性的选频网络。f0=1/2πRC。要实现频率可调，在电容C不变的情况下电阻R可调就可以实现频率f0的变化。

（2）方波设计：方波可以把正弦波通过斯密特触发器整形后产生。基于555定时器接成的斯密特触发器。

设斯密特触发器输出波形为V1，V2且V1>V2。

输入正弦波v1从0逐渐升高的过程：v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；

当1/3Vccv1>2/3Vcc时，v0=V2；

输入正弦波v1从高于2/3Vcc开始下降的过程：当1/3Vcc输出v0=V2保持不变；v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；

此电路中会产生V=1/3Vcc的回差电压。这个电压就是就是方波的振幅。而方波的频率是随着正弦波的频率变化的。所以方波的频率等于正弦波的频率f0。

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（3）正弦波和方波的连接框图：

                                        图1.2

1.3 具体参数设计

根据设计的频率范围要求：100Hz-1KHz；由f0=1/2πRC，在电容为0.1uF时。可以计算出1.59k2R1，选择R1=5.1k，那么R2>5.1k，所以选择阻值为20k的可变电阻。而在电源提供给芯片的电压中还有一些杂波，所以在接入C4、C5、C6起到滤波的作用。C7是起到积分的作用和隔直流的作用。总而使得方波的输出波形更加的稳定。原理图（见附录图d）

2、发生器系统的仿真论证

在实际制作之前，根据设计的原理图，通过multisim10.0仿真软件进行仿真，完善原理图的设计。仿真原理图（见附录图a），通过示波器检测得到的正弦波形（见附录图b），通过示波器检测得到的方波形（见附录图c）；

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3 、系统硬件的制作

     电路板的绘画可以通过DXP2004来完成，根据设计的电路绘制原理图（见附录）绘制出的原理图导出PCB，再通过人工的排序后，设置线条的大小和安全距离，自动布线，再对自动布线后的结构做必要的修改，只PCB板更加的美

观（见附录）。根据PCB板做出电路板。并焊接。完成电路板硬件的制作。

4、系统调制

     用万用表根据原理图线路的连接对电路板进行检测是否有短路、虚焊、断路现象。完成这些操作后，正确的把电路板接入电源。用示波器检测波形的幅频特性和观察波形是否失真。开始调制时。由于设计的时候没有考虑到要频率的可调性，在选频网路中没有用到可调电阻，所以频率只能在一个频率点上，并不能满足频率可调的要求，根据频率的范围选择50k的级联电阻，使得选频网络中的电阻能够达到同步可调。用级联电阻调节正弦函数的频率。产生的正弦波导入斯密特触发器是，回出项较大程度的失真，可能是因为导入的正弦波中存在着杂波，导致整形后得到的方波出现毛尖的问题。在导入正弦波之前加一个积分电容。得到的波形基本达到要求。调制完善后。用示波器对波形进行测量，在大致不是真的情况下，频率在32Hz~4kHz，正弦波的峰峰值为：6.8V，方波的峰峰值为3.1V。基本达到了设计的要求。频率理论值计算如下；

C3=0.1uF；Rp=0~50k；

=>31.8Hz<<；

但是在电路的调制过程中当调制的范围大于4kHz后，波形出项较严重的失真。

5、总结

正弦波-方波函数发生器可以分为正弦波产生部分和方波产生部分。正弦波的产生电路时基于op07的放大电路实现的，通过放大电路的自激振荡来完成，这需要放大器满足自激振荡的条件：AF=1；φa+φb=±2nπ。由基本放大电路、选频网络、反馈网络构成。而方波的才产生是由555构成的斯密特触发器整形后实现。本文主要陈述了正弦波-方波函数发生器的原理，正弦波的设计，方波的设计。绘制原理图到，设计PCB图，到做电路板和调制的全过程。设计的电路基本完成了设计的要求，但其中也有缺点和需要完善的地方。在正弦波部分缺点主要是波形有些微弱的失真，波形的上升部分下降部分微弱的不对称，可能是由于选择的元器件精确度不够，导致在调制的时候没有办法做到更加的准确。方波部分可能是因为输入的正弦波并没有到达要求，所以输出的方波有些微弱的杂波。出现毛尖现在。因为电源提供给芯片的电压中也存在微小的杂波，如果能够把电源里的杂波滤除，系统收到的干扰也将会减少。通过课程设计掌握了一个电路板从设计到调制完成的全过程。

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参考文献

【1】康华光，陈大钦，.电子技术基础模拟部分（第五版）【M】北京：高等教育出版社，2010：339~342，434~441

【2】阎石.数字电子技术基础（第五版）【M】.北京：高等教育出版社，2010，488~497

【3】周巍，黄建华.数字逻辑电路实验设计.仿真【M】.成都：电子科技大学出版社，2010，98~99

[1]  陈尚松,雷加,郭庆.电子测量与仪器[M].北京：电子工业出版社，2005：108～126

6

附录

仿真原理图：

图a

正弦波仿真：

图b

7

方波仿真：

图c

DXP原理图：

图d

DXP-PCB图：

8

                                    图e

附录f：元件清单