低频信号发生器设计（精选7篇）
课程名称：
电子系统综合设计
指导老师：
周箭
成绩：
实验名称：低频函数信号发生器（预习报告）实验类型：
同组学生姓名：
一、课题名称
低频函数信号发生器设计
二、性能指标
（1）同时输出三种波形：方波，三角波，正弦波；（2）频率范围：10Hz～10KHz；
（3）频率稳定性：（4）频率控制方式：
① 改变RC时间常数；
； ② 改变控制电压V1实现压控频率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分为10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。
（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波线性度δ/Vom<1%，正弦波失真度
；
（6）输出方式：
a)做电压源输出时
输出电压幅度连续可调，最大输出电压不小于20V 负载RL=100Ω～1KΩ时，输出电压相对变化率ΔVO/VO<1% b)做电流源输出时
输出电流幅度连续可调，最大输出电流不小于200mA 负载RL=0Ω～90Ω时，输出电流相对变化率ΔIO/IO<1% c)做功率源输出时
最大输出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有输出过载保护功能
三、方案设计
根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。
数字电路的实现方案
一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。
数字电路的实现方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如>1MHz）信号。
模数结合的实现方案
一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。
模拟电路的实现方案
是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。
模拟电路的实现方案有几种：
①用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。
② 由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，该电路方式也是本实验信号产生部分的推荐方案。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关，这将在后面的单元电路分析中详细介绍。
四、单元电路分析
1、三角波，方波发生器
由于比较器+RC电路的输出会导致VC线性度变差，故采用另一种比较器+积分器的方式
积分器
同相滞回比较器
由积分器A1与滞回比较器A2等组成的三角波、方波发生器电路如图所示。在一般使用情况下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不为50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变V+1和V-2的大小和方向加以调整。
合上电源瞬间，假定比较器输出为低电平，vO2=VOL=-VZ。积分器作正方向积分，vO1线性上升，vp随着上升，当vp>0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为高电平，vO2=VOH=+VZ。积分器又开始作负方向积分，vO1线性下降，vp随着下降，当vp<0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为低电平，vO2=VOH=-VZ。
取C三种值:0.1uF 对应10-100Hz； 0.01uF 对应100-1kHz； 0.001uF 对应1k-10kHz。调节R23的比值可调节幅度，再调节R，可调节频率大小。
2、正弦波转换电路 常用方法有使用傅里叶展开的滤波法，使用幂级数展开的运算法，和转变传输比例的折线法。但前二者由于其固有的缺陷：使用频率小，难以用电子电路实现的原因，在本实验中舍弃，而采取最普遍的折线法。
折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逼近，输出近似的正弦电压波形。由于电子器件（如半导体二极管等）特性的理想性，使各段折线的交界处产生了钝化效果。因此，用折线法实现的正弦函数转换电路，实际效果往往要优于理论分析结果。
用折线法实现正弦函数的转换，可采用无源和有源转换电路形式。无源正弦函数转换电路，是指仅使用二极管和电阻等组成的转换电路。根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）二极管通路以改变转换网络的衰减比，输出近似的正弦电压波形。
有源正弦函数转换电路除二极管、电阻网络外，还包括放大环节。也是根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）网络通路以改变转换电路的放大倍数，输出近似的正弦电压波形。
有
源
正
弦
函
数
若设正弦波在过零点处的斜率与三角波斜率相同，即
则有，由此，可推断出各断点上应校正到的电平值：
方案一，使用二极管控制形成比例放大器，使得运放在不同时间段有不同的比例系数
方案二，用二极管网络，实现逐段校正，运放A组成跟随器，作为函数转换器与输出负载之间的隔离（或称为缓冲级）。
当输入三角波在T/2 内设置六个断点以进行七段校正后，可得到正弦波的非线性失真度大致在1.8 % 以内，若将断点数增加到12 个时，正弦波的非线性失真度可在0.8 %以内。3 输出级电路 根据不同负载的要求，输出级电路可能有三种不同的方式。
(1)电压源输出方式
电压源输出方式下，负载电阻RL通常较大，即负载对输出电流往往不提出什么要求，仅要求有一定的输出电压。同时，当负载变动时，还要求输出电压的变化要小，即要求输出级电路的输出电阻RO足够小。为此，必须引入电压负反馈
图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图12（b）所示。
(2)电流源输出方式
在电流源输出方式下，负载希望得到一定的信号电流，而往往并不提出对输出信号电压的要求。同时，当负载变动时，还要求输出电流基本恒定，即要求有足够大的输出电阻Ro。为此，需引入电流负反馈。
图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图（b）所示。
a）为一次扩流电路，T1 和T2 组成互补对称输出。运放的输出电流IA中的大部分将
图（作为T1、T2 的基极电流，所以IO = βIA。图（b）为二次扩流电路，用于要求负载电流IO 较大的场合。复合管T1、T2和T3、T4 组成准互补对称输出电路。
(3)功率输出方式
在功率输出方式下，负载要求得到一定的信号功率。由于晶体管放大电路电源电压较低，为得到一定的信号功率，通常需配接阻值较小的负载。电路通常接成电压负反馈形式。如用运放作为前置放大级，还必须进行扩流。当RL较大时，为满足所要求的输出功率，有时还必须进行输出电压扩展。
静态时，运放输出为零，– 20V电源通过下列回路：运放输出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置电流 R6 ,C3 和R7 ,C4 组成去耦滤波电路。需要注意的是几个晶体管的耐压限流以及最大功率值。
其中调节W可改变晶体管的静态工作电流，从而克服交越失真。
4)输出级的限流保护 由于功率放大器的输出电阻很小，因而容易因过载而烧坏功率管。因此需要进行限流保护。
图（a）是一种简单的二极管限流保护电路，当发生过流（I o过大）时，R3、R4 上的压降增大到足以使D3、D4 导通，从而使流向T1、T2 基极的电流信号I1、I2 分流，以限制I o 的增大。
图（b）是另一种限流保护电路，T3、T4 是限流管。当I o 过大，R5、R6 上的压降超过0.6V时，T3、T4 导通防止了T1、T2 基极信号电流的进一步增大。I o 的最大值为 0.6/R5，R3、R4 用来保护限流管T3、T4。
五、仿真分析
以1KHz为例即C=1nF
三角波方波发生电路
方波下降沿时间4.3μs
三角波峰值
改变RP2
改变RP1
调节占空比
调节偏移量
正弦波转换器
三角波转换正弦波，三角波放大后输出峰峰值10V
静态工作点
改变静态工作点（调节RP45）发生失真
功率放大电路
功率放大波形，输入为之前的正弦波，变阻器衰减后最大不失真输出电压
总电路图，模块形式
衰减前的输入信号与输出信号
由仿真结果来看，基本满足设计要求，准备按仿真电路设计实际电路。
六、仿真心得
在仿真的过程中出现了一下几个问题，但后来都分别排查掉了，希望实际连接时不再犯。
1、运放未接电源导致没有波形
2、变阻器接入阻止过小或过大导致没有信号或失真（尤其需要注意）
信号发生器一般指能自动产生正弦波、方波、三角波电压波形的电路或者仪器[1,2,3]。电路形式可以采用由运放及分离元件构成;也可以采用单片集成函数发生器。这里,采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器,并确定了各元件的参数,通过调整和模拟输出,该电路可产生频率低于10 Hz的3种信号输出,具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。
1 波形转换原理
1.1 方波和三角波的产生
方波-三角波-正弦波信号发生器电路由运算放大器电路及分立元件构成,其结构如图1所示。它利用比较器产生方波输出;方波通过积分产生三角波输出[4]。
1.2 利用差分放大电路实现三角波-正弦波的变换
波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性,波形变换过程如图2所示[5]。由图2可以看出,传输特性曲线越对称,线性区域越窄越好;三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。
2 电路设计及参数调整
根据设计功能,电路的设计过程分为正弦波、方波、三角波3部分。
2.1 方波与三角波的产生及转换电路
图3中U1构成同相输入迟滞比较器电路,用于产生输出方波。运算放大器U2与电阻Rp2及电容构成积分电路,用于将U1电路输出的方波作为输入,产生输出三角波。
方波部分与三角波部分的参数确定如下:
根据性能指标可知,由
根据输出的三角形幅值5 V和输出的方波幅值14 V,若有:R2/(R3+Rp1)14=5⇒R2/(R3+Rp1)=5/14时,R2=10 kΩ,则有Rp1⧋47 kΩ,R3=20 kΩ。
根据方波的上升时间为2 ms,可以选择74141型号的运放。由此可得调整电阻为:
2.2 正弦波产生电路
正弦波产生电路如图4所示。由于选取差分放大电路对三角波-正弦波进行变换,选择KSP2222A型的管,其静态曲线图像如图5所示[6]。
根据KSP2222A的静态特性曲线,选取静态工作区的中心静态电流和电压分别为:
根据直流通路有:
因为静态工作点已经确定,所以静态电流变成已知。根据KVL方程可计算出镜像电流源中各个电阻值的大小:
2.3 系统集成
把各分电路集中在一块电路板上,共用电源和接地端后,整个信号发生器的结构变得紧凑美观,集成电路图如图6所示。
3 模拟实验结果及分析
3.1 模拟结果
利用Multisim软件画出电路图[7],在相应点接上示波器,模拟电路结果。
改变Rp2的值,由2.4 kΩ变为5.6 kΩ的输出结果对比如下。
3.2 结果分析
(1) 频率范围
为便于测量,将电路图上的方波信号接入示波器,并合上C1=10 μF的开关,断开C2=1 μF的开关,然后调节Rp2,并测出此时方波信号频率的变化范围;断开C1的开关,合上C2的开关,按照同样的方法调节Rp2,并记录方波信号频率的变化范围,结果如表1所示。电路的三种输出波形对比如图7所示。
(2) 输出电压
方波信号接入示波器,调节Rp1,得方波峰峰Vpp=14 V;撤除方波信号并接入三角波信号,调节Rp1,测得三角波峰峰值Upp=5 V;将正弦波信号接入示波器,调节Rp3和Rp4,测得正弦波峰峰值Upp=2.8 V。
4 结 语
函数信号发生器的性能
指标主要取决于元器件的选择以及电路元器件参数的选择。在电路中接入示波器将对电路的负载匹配产生一定的影响,进而影响波形输出。该设计中采用Multisim软件对设计出的电路进行模拟,对结果进行了仿真,电路可产生低于10 Hz的三种信号波形,输出电压可以达到合理范围,该电路已经应用于实验操作中。
参考文献
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关键词： 低频水下声信号； 液体表面； 衍射图样； 非对称分布
中图分类号： O436.1 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2015.04.013
Abstract： A measurement system is developed to detect the low-frequency underwater acoustic signal. The clear and high stable diffraction pattern is observed experimentally when the laser beam illuminates on the liquid surface which is modulated by the underwater acoustic signal， the diffraction fringes is asymmetric distribution. The asymmetry of the position and intensity of the diffraction spot were explained with the laser oblique incidence. The experiment is consistent with the theory. The results show that it is asymmetric distribution of the diffraction light field which is modulated by low-frequency underwater acoustic signal.
Keywords： low-frequency underwater acoustic signal； liquid surface； diffraction pattern； asymmetric distribution
引 言
声光效应作为很重要的物理现象，一直以来都受到人们的重视[1-3]，经常用来探测声信号。Weisburg等首次提出利用液体表面波的光栅衍射效应来研究液体的表面波[4]。液体表面波的研究在很长一段时间内只是停留在液体表面激发表面波的研究方式[5-12]。对于水下声信号激发液体表面波的研究大多采用光—电法或者激光遥感法[13-14]，很少有人用光学方法研究水下声场。基于这一问题本文利用声光效应建立了一种简单、可行的用于探测水下声场的光学探测系统。当激光束斜入射到低频水下声信号调制的液面时，观察到了稳定、清晰的衍射图样。发现衍射图样的分布不同于其他衍射图样的分布，得到在低频水下声信号激发液体表面波的调制下，衍射图样中光斑位置和光强是不对称分布的，且衍射图样的正、负级次也是明显的不对称分布的。
1 实验装置
实验装置如图1（a）所示，包括：水槽、信号源、光源、探测系统以及数据存储与处理系统。样品池是一个有机玻璃水槽，里面盛有水。声信号系统包括低频信号发声器、功率放大器以及水下扬声器。液体表面距水下扬声器的距离为6.5 cm，信号发声器产生的低频声信号被功率放大器放大后通过介质水传到水表面，在水面形成了表面波。光源为He-Ne激光器，波长为632.8 nm，激光束直径约为2.3 mm。激光束以1.53 rad的入射角入射到水表面，在水面形成椭圆光斑，椭圆光斑的短轴长2.3 mm，长轴长66.6 mm。其中表面波沿椭圆光斑长轴方向传播。实验中光屏到入射点的距离约为5 m，CCD作为探测系统用来采集图样，采集到的数据直接输入到计算机，用计算机来存储与处理图样。
2 实验及实验结果
实验装置如图1（a）所示，为了得到稳定、清晰的衍射图样，实验前必须先调节激光束的入射角。实验时直接用CCD对衍射图样进行成像，调节CCD焦距及其位置，当CCD对衍射图样的成像达到理想状态时，对衍射图样进行成像拍照并用计算机记录相应的衍射图样。实验中光屏到入射点的距离约为5 m，当光屏与CCD的位置固定后就可以来确定CCD像素与衍射图样宽度的比值，实验中在光屏上放置一个宽度为定值的标准物体，得到该标准物体成像的宽度与像素数就可以得到距离与像素的比值，我们在这里称之为距离与像素比。实验时，改变信号发声器的频率，用计算机记录相应频率的衍射图样。本实验中，低频声信号的频率间隔为2 Hz，频率从48 Hz到62 Hz发生变化，得到一系列与其频率相应的衍射图样如图2所示。其中图（a）是无声信号时的图样，当激光入射到无低频声信号调制的液面时，相当于平面镜反射，因此，光屏上观察到的图样是一个光斑；图（b）、图（c）分别是当水下声信号的频率为52 Hz与56 Hz时的衍射图样。
从图2中可以明显看出衍射图样中光斑从上到下间距越来越大，具有非对称分布的特性。用MATLAB软件对图（b）、图（c）进行扫描与拟合，结果如图3所示。衍射图样中央光斑的位置与图3下凹位置相对应。在这里我们定义衍射图样中央光斑的上，下方分别是衍射图样的正，负级。从图3中可以明显的观察到同级正、负光斑的光强是不相等的，且正级光斑光强是大于负级光斑光强；同时也可以得到正级光斑的间距是小于负级光斑的间距的。也就是说在低频水下声信号的调制下，衍射光场的分布是不对称的。
nlc202309051421
3 理论分析
3.1 衍射光斑的强度分析
3.2 衍射光斑的位置分析
从图3中容易得到，衍射图样正级光斑到中央光斑的像素是小于负级光斑到中央光斑的像素的，且负级光斑间距的像素大于正级光斑间距的像素。实验中根据之前建立好的比例关系：1像素=0.025 3 mm很容易得到衍射图样的间距和各级光斑到中央光斑的距离。表1为各级光斑间距的分布情况，表2为各级光斑到中央光斑的距离。
从表1中可较易得到无论是52 Hz的衍射图样还是56 Hz的衍射图样，在衍射图样中衍射光斑的间距是不相等的，也就是说在低频水下声信号的调制下所产生的衍射图样是不等间距分布的，即衍射图样的分布是不均匀的。从表2中可以得到，当水下低频声信号调制时频率为52 Hz时衍射图样同级正、负衍射光斑到中央（零级）光斑的距离是不相等的；同样当低频声信号的频率为56 Hz时同级正、负光斑到中央（零级）也是不相等的，也就是说对于衍射图样在低频水下声信号的调制下衍射图样正、负级是不对称的。结果与实验所观察到的是很吻合的。
4 结 论
建立了一个简单的光学测量系统用于探测水下声信号。当激光束入射到有低频水下声信号调制的液体表面时，观察到了清晰、稳定的衍射图样，发现在低频水下声信号的调制下衍射光场的分布具有明显的不对称性。实验中得到了衍射图样光斑光强与位置的分布，结果与实验所观察到的现象是很吻合的。结果表明，在低频水下声信号的调制下衍射光场的分布是非对称分布的。
参考文献：
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（编辑：程爱婕）
时间：60分钟
总分：
分
班级：
班
命题人：
一、判断题
1.晶体三极管按材料分有两种：锗管和硅管。
（正确）
2.晶体三极管按结构分: NPN、PNP。
（正确）
3.晶体三极管有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是锗NPN和硅PNP两种三极管。
（错误）
4.晶体三极管功率分：小功率管、中功率管、大功率管。
（正确）
5.晶体三极管三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
（正确）
6.晶体三极管的管脚分别是发射极、门极、集电极。
（错误）
7.在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄。
（正确）
8.晶体三极管是线性器件，可用作开关或者放大器件。
（错误）
9.晶体管由两个PN结组成，所以可以用两个二极管反向连接起来充当晶体管使用。
（错误）
10.晶体三极管的发射结和集电结是同类型的PN结，所以三极管在作放大管使用时，射极和集电极可相互调换使用。
（错误）
11.通常的BJT在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。
（错误）
12.三极管有三个工作区，分别是饱和区、放大区、截止区。
（正确）
13.三极管是构成放大器的核心，模拟电路中，若要信号不失真，三极管应该工作在放大区。
（正确）
14.模拟电路中，三极管用作开关器件。
（错误）
15.晶体三极管是非线性器件。
（正确）
16.晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。（正确）
17.无论在任何情况下，三极管都具有电流放大能力。
（错误）
18.三极管是构成放大器的核心，三极管器件具有电压放大作用。
（错误）
19.当三极管发射结、集电结都反向偏置时具有放大作用。
（错误）
20.当三极管发射结、集电结都正向偏置时具有放大作用。
（错误）
21.放大电路中，硅三极管发射结工作电压是0.3V。
（错误）
22.放大电路中，硅三极管发射结工作电压是0.7V。
（正确）
23.放大电路中，锗三极管发射结工作电压是0.3V。
（正确）
24.放大电路中，锗三极管发射结工作电压是0.5V。
（错误）
25.晶体管的电流放大倍数通常等于放大电路的电压放大倍数。
（错误）
26.晶体三极管集电极和基极上的电流一定能满足Ic=βIb的关系。
（错误）
27.放大电路中的输入信号和输出信号的波形总是反相关系。
（错误）
28.共射组态基本放大电路是输入信号加在基极和发射极之间。
（正确）
29.电压放大电路中的电容器，起的作用是隔直流通交流。
（正确）
30.三极管放大电路中，静态是指无信号输入。
（正确）
31.放大电路的三种组态，都有功率放大作用。
（正确）
32.晶体管的放大作用主要体现在电流放大。
（正确）
33.当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流近似为为零，集电极电流和发射极电流都近似为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。
（正确）
34.放大电路主要利用三极管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。
（正确）
35.基本放大电路，输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。
（正确）
36.放大电路工作点不稳定的原因，主要是元件参数的影响。
（错误）
37.温度升高, 三极管的输入特性曲线向左移，UBE减小。
（正确）
38.当温度升高时，三极管的集电极电流IC增大，电流放大系数β减小。
（错误）
39.当温度升高时，三极管的输出特性曲线向上移，电流放大系数β增大。
（正确）
40.静态工作点过高会产生截止失真。
（错误）
41.三极管在安全工作区的极限参数是集电极最大允许电流、集电极最大允许功率损耗、基极开路时集电极与发射极间反向击穿电压。
（正确）
42.交流放大器工作时，电路中同时存在直流分量和交流分量，直流分量表示信号的变化情况，交流分量表示静态工作点。
（错误）
43.三极管放大电路中RC可有可无，不影响放大结果。
（错误）
44.共集电极放大电路也叫做射极输出器，共集电极放大电路的输入信号与输出信号同相。
（正确）
45.基极电流Ib的数值较大时，易引起静态工作点Q接近饱和区。
（正确）
46.分压偏置式共射极放大器中，基极采用分压偏置的目的是为了提高输入电阻。（错误）47.在共射极放大器中，电路其他参数不变，仅改变电源电压Vcc，电压放大倍数不会改变。
（正确）
48.三极管放大电路中，增大RB，其它参数不变，静态工作点Q接近饱和区。
（错误）49.三极管放大电路中，增大RC，其它参数不变，静态工作点Q接近饱和区。
（正确）50.三极管放大电路中，当 ui较小时，为减少功耗和噪声，静态工作点可设得低一些。（正确）
51.三极管放大电路中，为获得较大的动态范围，静态工作点可设在交流负载线中点。（正确）
52.三极管放大电路中，当实际功耗PC大于最大允许集电极耗散功率PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。
（正确）
二、单选题
1.晶体三极管放大电路，既能放大电压，也能放大电流的电路是(A)。A.共发射极
B.共集电极
C.共基极
D.共漏极 2.晶体三极管共发射极放大电路具有的作用。
（C）
A.仅放大
B.仅反相
C.放大与反相
D.电压跟随 3.放大电路的静态是指（B）。A.输入直流信号为零时的状态
B.输入交流信号为零时的状态
C.输入交直流信号为零时的状态
D.输入交流信号不为零时的状态
4.基本放大电路中，放大（C）信号是电路的工作目的。A.交流和直流
B.直流
C.交流
D.高频脉冲 5.基本放大电路中，经过晶体三极管的信号有（D）。A.高频脉冲成分
B.直流成分
C.交流成分
D.交直流成分均有
6.放大电路的交流通路是指（C）
A.电压回路
B.电流通过的路径
C.交流信号流通的路径
D.直流信号流通的路径 7.三极管的输出特性曲线中，每一条曲线与（C）对应。
A.输入电压
B.基极电压
C.基极电流
D.输出电压 8.三极管的伏安特性是指它的（C）。
A.输入特性
B.输出特性
C.输入特性与输出特性
D.输入信号与电源关系
9.为了增大放大电路的动态范围，其静态工作点应选择（C）。
A.截止点
B.饱和点
C.交流负载线的中点
D.直流负载线的中点
10.放大电路的直流负载线是指(B)条件下的交流负载线。A.RL=0
B.RL=∞
C.RL=RC D.RL=RB 11.电压放大电路的空载是指（C）
A.RC=0
B.RL=0
C.RL=∞
D.RB =∞ 12.温度升高时，三极管的电流放大倍数β值会（C）。A.不变
B.变小
C.变大
D.不确定 13.温度降低时，三极管的电流放大倍数β值会（B）。A.不变
B.变小
C.变大
D.不确定
14.某三极管的发射极电流等于1mA，基极电流等于75μA,正常工作时它的集电极电流为（A）。
A.0.925mA
B.0.75 mA
C.1.075 mA
D.1.75 mA 15.某三极管的发射极电流等于1.025mA，基极电流等于25μA,正常工作时它的电流放大
倍数β值为（B）。
A.30
B.40
C.41
D.51
16.测得某三极管集电极电流是2mA，发射极电流2.02mA，则该管的直流电流放大系数是（D）。
A.0.02
B.1
C.50
D.100
17.三极管在组成放大器时，根据公共端的不同，连接方式有（C）种。A.1
B.2
C.3
D.4
18.在阻容耦合放大器中，耦合电容的作用是(A)。
A.隔断直流，传送交流
B.隔断交流，传送直流
C.传送交流和直流
D.隔断交流和直流
19.为了放大缓慢变化的非周期信号或直流信号,放大器之间应采用(C)。A.阻容耦合电路
B.变压器耦合电路
C.直接耦合电路
D.二极管耦合电路
20.共射极放在电路的输入信号加在三极管（A）之间。
A.基极和发射极
B.基极和集电极
C.发射极和集电极
D.基极和电源 21.共射极放大电路的输出信号是取自于三极管（C）之间。
A.基极和发射极
B.基极和集电极
C.集电极和发射极
D.基极和电源
22.工作在放大区的某三极管，如果当IB从12μA增大到22μA时，IC从1mA变为2mA，那么它的β约为（C）。
A.83
B.91
C.100
D.110
23.在三极管放大器中，三极管各极电位最高的是（B）
A.NPN管的发射极
B.NPN管的集电极
C.PNP管的基极
D.PNP管的集电极 24.用万用表测得NPN型晶体三极管各电极对地的电位是：VB=4.7V，VC=4.3V，VE=4V，则该晶体三极管的工作状态是（A）。A.饱和
B.放大
C.截止
D.短路
25.测得某放大电路中三极管各极电位分别是3V、2.3V、12V则三极管的三个电极分别是（C）。
A.(E、B、C)
B.(B、C、E)
C.(B、E、C)
D.（C、B、E）
26.测得某放大电路中三极管各极电位分别是0V、-6V、0.2V则三极管的三个电极分别是（C）。
A.(E、C、B)
B.(C、B、E)
C.(B、C、E)
D.(B、E、C)
27.测得放大电路中某晶体管三个电极对地的电位分别为6V、5.3V和12V，则该三极管的类型为（B）。
A.硅PNP型
B.硅NPN型
C.锗PNP型
D.锗NPN型
28.测得放大电路中某晶体管三个电极对地的电位分别为4V、3.7V和8V，则该三极管的类型为（D）。
A.硅PNP型
B.硅NPN型
C.锗PNP型
D.锗NPN型
29.使用三极管时，如果集电极功耗超过该三极管最大集电极耗散功率PCM，可能会发生（C）情况。A.击穿
B.正常工作
C.烧坏
D.β变小
30.测得晶体管三个电极的静态电流分别为 0.06mA，3.66mA 和3.6mA。则该管的β约为（D）。
A.30
B.40
C.50
D.60
31.测得晶体管三个电极的静态电流分别为 0.03mA，3mA 和3.03mA。则该管的β约为（A）。A.100 B.60
C.50
D.40 32.在一个放大电路中，测得某三极管各极对地的电位为U1=3V，U2=-3V，U3=-2.7V，则可知该管为（C）。
A.PNP锗管
B.NPN硅管
C.NPN锗管
D.PNP硅管
33.已知某三极管的C、B、E三个电极电位为10V,2.3V,2V, 则可判断该三极管的类型及工作状态为（A）。
A.NPN型，放大状态
B.PNP型，截止状态
C.NPN型，饱和状态
D.PNP型，放大状态
34.已知某三极管的C、B、E三个电极电位为2V, 6.3V, 7V, 则可判断该三极管的类型及工作状态为（D）。
A.NPN型，放大状态
B.PNP型，截止状态
C.NPN型，饱和状态
D.PNP型，放大状态
35.共射极放大电路的交流输出波形上半周失真时为（B）。
A.饱和失真
B.截止失真
C.交越失真
D.饱和失真和截止失真 36.共射极放大电路的交流输出波形下半周失真时为（A）失真。A.饱和
B.截止
C.交越
D.频率 37.静态工作点过高会产生（B）失真。A.交越
B.饱和
C.截止
D.饱和和截止
38.静态工作点过低会产生（C）失真。A.交越
B.饱和
C.截止
D.饱和和截止 39.下图所示电路中，三极管(NPN管为硅管，PNP管为锗管)不是工作在放大状态的是(C)。
40.上题电路中，三极管工作在放大状态的NPN型硅管是(A)。
41.已知某晶体管的PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO=15V，在下列工作条件下，正常工作的是（B）。
A.UCE=2V，IC=40mA
B.UCE=3V，IC=10mA
C.UCE=4V，IC=30mA D.UCE=6V，IC=25mA
42.在基本单管共射放大器中，集电极电阻RC的作用是（B）。
A.限制集电极电流
B.将三极管的电流放大作用转换成电压放大作用
C.没什么作用
拟 电 路 课 程 设 计 报 告
中原工学院
（2012年6月24日）
目录
1、课程设计的任务、要求及步骤
2、设计方案的选择
3、电路设计主要的技术指标
4、函数信号发生器电路原理分析
5、函数信号发生器元件参数的选择
6、函数信号发生器的安装和调试
7、课程设计的过程中遇到的问题及解决方法
8、课程设计的仿真
9、试验评价与问题分析
10、课程设计的心得和体会
11、附录
姓 名 班级 题函数信号发生器
目
设计一函数信号发生器，设能输出方波和三角波两种 计波形
任 1．输出为方波和三角波两务 种波形，用开关切换输出；
学号
学院
电子信息学院
时间进度原
始 参资 考料 文和 献
2．输出电压均为双极性； 3．输出阻抗均为50Ω； 4．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。
5．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。
18周 星期一布置设计方案，预设计。18周 星期二领设备、安装
18周 星期三至周四安装、调试教师检查
18周 星期五、六、日写设计报告 电子技术基础（模拟部分）模拟电子技术课程设计指导书 电子技术基础实验指导书
主 要
一、课程设计的任务、要求及步骤 1.设计任务
a.输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出； b.输出电压均为双极性； c.输出阻抗均为50Ω；
d．输出为方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。
e．输出为三角波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz ~ 2KHz可调。2.设计要求
a.电路原理图绘制正确（或仿真电路图）； b.掌握EWB仿真软件的使用和电路测试方法； c.电路仿真达到技术指标。
d.完成实际电路，掌握电路的指标测试方法； e.实际电路达到技术指标。
f.原理图（草图）要清楚，标注元件参数
g.正式原理图、接线图： A4打印EWB画图。
h.要求用统一格式封面；
i.使用中原工学院课程设计报告专用纸。j.图要顶天立地，均匀分布，合理布局
3、设计步骤
a.原理了解，清楚设计内容。
b.原理及连线图绘制，仿真结果正确。
c.安装实际电路。
d.调试，功能实现。
e.教师检查及答辩。
f.完成设计报告。
2、设计方案的选择
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与二阶低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器
3、电路设计主要的技术指标
1.输出为方波和三角形两种波形，用开关切换输出；
2.输出电压均为双极性； 3.输出阻抗均为50Ω
4.输出为方波时输出电压峰值为0—5V可调，输出信号频率为200Hz—2KHz可调。
5.输出为三角波时输出电压峰值为0—5V可调，输出信号频率为200Hz—2KHz可调。
4、函数信号发生器电路原理分析
方波产生电路原理图如下：
原理分析： 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路即作为迟滞环节，又作为反馈网络，通过RC冲、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通过电阻对电容C正向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位n 随时间的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是Un=+Ut，再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz，与此同时Up从+Ut跃变为-UT。随后，Uo又通过R3对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。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=-Uz再减小，UO就从-Uz跃变为+Uz，UO从-Ut跃变为+Ut，电容又开是正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
三角波发生器的原理图如下：
在三角波信号发生器电路原理上增加了一级放大器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗阻抗为50Ω.工作原理：
如图所示，在电路的左边为同相滞回比较器，右边为积分运算电路。同相滞回比较器的输出高低电平分别为Uoh=+Uz，Uol=-Uz 积分运算电路的输出电压uo作为输入电压，A1同乡输入端的电位 Up1=uo1·R1/(R1+R2+R6+Uo·(R2+R6/(R1+R2+R6 令Up1=Un1=0，并将uo1=±Uz带入得
±Ut=±Uz·R1/(R2+R6 电路的振荡原理
合闸通电，通常C 上电压为0。设Uo1↑→ Up1↑→ Uo1↑↑，直至Uo1 ＝ Uz；积分电路反向积分，t↑→ Uo↓，一旦Uo过－ Ut，Uo1从＋ Uz跃变为－ Uz。积分电路正向积分，t↑→ Uo↑，一旦Uo过
＋ Ut，Uo1从－ Uz跃变为＋ Uz，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为Uo1/(R3+R7，使得U0在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。
主要参数估算： 1振荡幅值
在如图所示的三角波—方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压，所以三角波的幅值为±Uom=±Ut=±Uz·R1/R2
因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以 Uoh=+Uz，Uol=—Uz 振荡周期
在图3中，在振荡的二分之一周期内，起始值为—Ut，终了值为+UtUt=Uz·T/2·1/R3·C-Ut
得到T=4·R1·(R3+R7·C/(R2+R6
积分器的输出Uo=—1/（R3+R7）·∫Uo1dt Uo1=+Vcc时，Uo2=—（+Vcc）·t/(R3+R7·C1
可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。
图4 方波—三角波的波形变换
比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波——三角波，三角波的幅度为
Uo2=Vcc·R1/(R3+R7 方波——三角波的频率为
f=(R2+R6/4R1(R3+R7 所以有以下结论：
1.电位器R7在调节方波——三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度，若要求输出频率的范围较宽，可用C1改变频率的范围，R7实现频率微调。
2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc,三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc,电位器Rf2可实现幅度微调，但会影响方波——三角波的频率。
五、方波三角波函数信号发生器元件参数的选择
1、方波信号发生器元器件及参数的选择
a.运算放大器的选择
根据指标要求，主要采取双电源、通用、无需调零型运放，可选择741，在这次设计里选择的是358.b.电源电压的选择：选择电源电压15V左右。
c.稳压二极管的选择：考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值约为10V的稳压管，例如1N4007等。
d.频率参数的选择：输出信号的频率为200~2KHZ可调，决定信号频率的元件为Rf1、Rf2、C、R2、R1.可取R1/R1+R2 =0.47则f=1/2(Rf1+Rf2C,即得R1=4.7KΩ,R2=5.1KΩ电容可取1uF以下的，Rf可以取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择Rf2为电位器。Rf2最小时，应有f=1/2RfC=1/2Rf1C=2000HZ,Rf2最大时，应该有f=1/2RfC=1/2(Rf1+Rf2C=200HZ。若取C=0.033uF,计算出Rf1=7.6KΩ,Rf2=68.4KΩ。
e.幅度参数选择：输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号的幅度元件为R4、R5的参数，由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以要使R5是R4的一半，达到降压的目的，选择R4=10KΩ,R5=4.7KΩ的电位器。
2、三角波信号发生器元器件及参数的选择 a.运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择 同方波发生器的选择相同 b.频率参数的选择：
输出信号的频率为200-2KHZ可调，决定信号频率元件为R7、R4、C、R1、R2。f=R2/4R1(R4+R7C
可取R1/R2=1则f=1/4(R4+R7C。
取R1=10KΩ，R2=10KΩ,则U0m=Uz，电容可取1uF以下的，R4+R7可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择R7
为电位器。R7最小时f=1/4R4C=2000HZ, R7最大时，应有f=1/4(R4+R7C =200HZ.若取C=0.033uF，计算出R7=72.8KΩ，R4=3.3KΩ。c.幅度参数选择：
输出信号的幅度为0~5V可调，决定信号幅度的元件为R8、R9的参数。由于输出稳压管的电压幅度为10V，所以R9是R8的一半，达到降压的目的，选择R8=10KΩ，R9=4.7KΩ的电位器。
六、方波三角波函数信号发生器的安装和调试
1.安装
a.将358集成块插入插槽，注意布局。
b.分别把各电阻放在合适的位置尤其注意电位器的结法。c.按图连线，注意直流源的正负及接地端。2.调试方波三角波产生电路 a.接入电源后用示波器进行观察
b.调节Rf2观察方波频率变化情况，调节R5观察方波的幅值，使幅值达到规定的数值。
c.调节R7观察三角波频率变化，调节R9观察幅值变化，使之达到规定数值。3.记录调试数值
方波：调节电位器Rf5在示波器上读取测量f（最小值）=195HZ.f（最大值）=1950HZ。幅值=4.8v。
三角波：调节电位器R7在示波器上读取f（最小值）=190HZ,f（最大值）=1980HZ
在实验读取误差允许的范围内，符合实验要求。
七、课程设计中遇到的问题及解决方法
1.排版时因为两个
741在一起，使设计的图与现实的连接图有一些不一样，排版需要重新画出连接图；
2.排版时器件不是太挤就是太宽，导致不好焊接。这个我想是因为我们是第一次做所以没经验，相信下次排版一定不会出现这种问题；
3.焊接时器件不好固定，在焊时容易掉。因此焊接时先焊高度比较低的仪器，如电阻等；
焊接时由于没有经验，也为了方便，我们在板的背面用了好多引脚，而不是只用电线再正面，导致板面很美观，今后焊接一定会注意到这点
8、方波三角波产生电路的仿真
方波电路图如下：
三角波电路图如下
方波—三角波总电路原理图如下
方波仿真图：
三角波仿真图：
PCB封装图：
九、实验评价与问题分析
1、理论知识掌握尚不牢固
由于对模拟电子技术课程的学习不扎实，导致了在对课程设计函数发生器原理的理解上存在困难。例如不能弄清楚部分电阻与电容在电路中的所起的作用。另外由于知识面较窄，有部分元件的工作原理未能够理解。由于对安全知识的缺乏，本次实验过程，还存在对调试重要性认识不够的问题。我们在制作完成函数信号发生器后，没有进行检查。
2、缺乏锻炼，焊接技艺不娴熟
由于我们平时基本未能够接触到焊接，所以在本次实验中显得经验不足。存在了电烙铁操作不正确，焊接过程浪费了较多焊锡，元件焊接不美观等问题。焊接过程中电烙铁多次碰到了电线、塑料等易燃品，所幸发现及时，未损坏物品，未造成危险；剪引脚时方法不正确导致剪断的引脚射出。
3、课题设计时的参数选择不当，有些电阻过大或是过小，造成了结果的偏差；
4、所领的元器件跟仿真时的的参数不完全相同，元器件的标称值与实际的不符；
5、所用的仪器和所处的环境对课题结果有干扰；
6所有的元器件都是用电烙铁给烙上去的，在烙的时候温度会上升会影响电路的性能；
7、自己的焊接技术不好，在工艺上无形的改变了某些参数，对电路造成了许多的影响。
8、问题的解决：在动手制作之前，应当详细复习相关知识，了解用函数发生器的工作原理，认真学习焊接技巧。实验前做好实验计划，提高工作效率。务必注意重视制作过程中的安全问题，电烙铁温度较高不可触碰到电线，因此在进行焊接之前应当整理好桌面。
十、课程设计的心得和体会
“实践是检验一切真理的唯一标准”，我想这句话不仅仅在中国社会主义建设上是正确的，也是同样适用于学习的过程。模拟电子技术是和我们日常生活关系相当密切的，在这学期学习完成该课程后，我便了解到了其对用电器的重要性。同时，我们也渴望将自己所学的知识运用到现实生活中，渴望拥有自己制作的用电器，渴望成功之后的喜悦。当然，最重要的是自己动手制作可以让我们更透彻地掌握课本的知识，提高我们的动手能力
通过本次课程，我了解到了自己在理论知识方面的许多不足。对于课本的知识点，只是表面的认知，并不能够运用自如。其次，自己动手能力差，未能娴熟掌握焊接技巧。通过此次课程，我也充分认识到了安全问题的重要性。此外，在此次课程中，让我感受最深的一句话
是：好的计划是成功的一半。如果我不做任何计划便开始动手的话，工作起来效率较低。
这次课程，不但是一次学习知识的机会，更是一次多方面提高自我素质的机会。我学会了如何提高效率和搭档进行分工合作。一个个的非知识性问题摆在了我的面前。这些我们从课本是学不到的，但对于我们自身来讲确是相当重要的。总之这次的实习让我受益匪浅！
11、附录
参考资料
1.电子技术基础（模拟部分）康华光 高等教育出版社 2.模拟电子技术基础 童诗白 华成英 高等教育出版社
3.模拟电子技术课程设计 电气工程系 中原工学院电子电工教研室 4.电子线路课程设计 华永平东南大学出版社
5.电子技术基础实验与课程设计 高吉祥 电子工业出版社 6.电工电子技术实习与课程设计 华容茂 电子工业出版社
7.模拟电子技术课程设计指导书 李晓荃 LM358资料：
元件清单：
类型 电阻 1K 4.7 K 6..8 K 5.K1 470 滑动变阻器3.3 K 4.7 K 芯片
规格 10K
4个 2个 1个 1个 1个 68 K
1个 1个 LM358
数量 备注 4个
1个
2块
核心插槽 电容 二极管 Pc板 导线 锡丝 电源 示波器
8管脚 0.033uF 1N4047A 110*70 多股皮包线
0.8mm
1块
2只 4只 1块
若干
若干
1台
1台
稳压管
直流稳压 双踪
本方案主要用集成运放LM324和74HC04等元器件设计组成一个简易函数信号发生器。该函数信号发生器主要由振荡电路、模拟比较器电路、二阶RC有源低通滤波器电路和反相放大器电路等四部份组成。
振荡电路形成方波，再经模拟比较器电路升高幅度完成输出；二阶RC有源低通滤波器电路形成正弦波，再经过电位器实现1~12V可调。由此构成了一个简易的函数信号发生器。
本实验主要通过使用Orcad、DXP软件等完成电路的软件设计。
目 录 方案比较与选择（须详细阐述创新点或新见解）························· 3 2 电路分析与仿真················································································ 5 3电路板制作、焊接、调试 ······························································· 11 3.1 软件制作 ················································································ 11 3.2 硬件制作 ················································································ 13 3.3 电路板调试 ··········································································· 14 4讨论及进一步研究建议 ··································································· 18 5课程设计心得 ·················································································· 18 6 Abstract ····························································································· 19 7参考文献 ·························································································· 20
一、方案分析：
方案一：
方案
二、R3U1A1274HCT04R2R165k6.5kC150nvoR5210kLM324-1U2A274HCT043voVCC310k10kVCC1U3A+V+4R40OUTV-1R620kvo1VCC211R7C2100nR8vo11k1kC3R93VCC1U4A41k0V++OUT-V-1vo2C4vo3R1210kR13vo310kR14210kLM3243VCC1U7A+4V+0100n2LM324100nOUT-V-1Vo4VCC211R100VCC2R172kR112kVCC1VCC2V2-9Vdc5VdcVCC3V340k0R16112k009VdcV10
以上就是我们所查阅到的两个方案，对于方案一，此方案对比方案二，增加了由方波转 变为三角波部分，而且使用电位器来分压，方波--三角波部分主要是同一个积分器和一 个比较器组成的.积分器部分中的RC可以调整三角波的频率,而比较器部分可以调整三角
波的幅值，理论上存在很大的优越性，但经过仿真，却发现输出波形失真较大，跟理论有较大差别，而反复调试后没能改正，于是转向执行方案二，方案二虽然少了三角波部分，但经仿真，输出波形比较接近理想正弦波，而且此方案简单明了，各部分功能清晰，更易于操作。故最终选择方案二。
二、电路分析与仿真
1、多谐振荡器
由CMOS门电路组成的多谐振荡器主要是利用RC电路的充放电特性来实现,以获得所需要的振荡频率.方波电路图
0—5v仿真图如下
参数确定：
因为VDD=5V，74HCT04的输入高电平为3.5V,所以对于第一暂稳态（电压为0时）T1=R2*C1*㏑[VDD/(VDD-Vth)],第二暂稳态T2=R2*C1*㏑(VDD/Vth),T=T1+T2≈R2*C1*㏑4≈1.4*RC.又由f=1KHZ,f=1/T得,f=1/(1.4R2*C1).设C1=100nF,则可求得R2≈7.2K.2、比较器
比较器主要由LM324构成,VCC3=5V,R3=R4=10K,起到分压作用,因此3脚的电压为2.5V,当0—5V方波由2脚进入时,高于2.5V时1脚输出+5V,低于2.5V时1脚输出-5V,因此得到±5V方波.参数选择适合的即可.比较器
±9v仿真图
3、二阶低通滤波器
二阶低通滤波器由LM324和R,C组成,设置它的频率为1.5KHZ,则它的功能是从0到1.5KHZ的低频信号,而对大于1.5KHZ的所有频率则完全衰减.C4作用是过滤正弦波里的直流电压.参数确定:
f=1/(2*3.14*RC)=1.5KHZ,设C=100nF,则可求得R≈1K.因为增益A=1+R10/R11=2,所以取R10=R11=2K.二阶低通滤波器电路图
仿真图
4、反相比例放大器
对上述滤波器得到的正弦波进行放大或缩小,因为vo4=-(R16/R14)*vo3,所以R16/R14比例变化,vo4峰峰值就能由1伏调至12伏。
反相比例放大器电路图
仿真图
幅频响应
相频响应
三、板制作、焊接、调试 3.1、软件制作
1、绘制原理图
1).打开DXP软件，选择FILE,NEW,PCB PROJECT,新建一个项目文件，保存新建的项目文件，在项目文件中新建原理图文件和PCB文件，保存新建的原理图文件和PCB文件。
2).画出下面的原理图（图3.1）。
图3.1
3).双击各元件，更改数值，并通过【Tools】菜单【Annotate】命令来自动编号，校正原理图。
2、生成PCB图
1).在KEEP-OUT LAYER 层画出电气边界，在Mechanicall层画出机械边界。
2)．原理图的元器件连接表的载入，打开原理图，打开【Design】菜单中的【Update pcb document„】命令，将PCB导入到PCB文件中。3)．元器件布局，按照走线最短的原则放置元件的位置。
4).设定布线规则，步骤是在电气边界内部右击，选择【Design】/[Rules„]打开设置对话框设置相应的选项。
5).布线:先设定为制作单层板，然后使用【Auto Route】菜单中的【All】进行自动布线，打开对话框后，点击右下角的Route All按钮即可。但自动布线一般是不能达到最佳效果的，所以自动布线只是有一个大概的模型，之后还要经过手工调整才能达到想要的效果。
6）、最后做成PCB图如下所示：
3、在DXP中遇到的问题：
1)、布线没有调整线的宽度，用默认的0.25mm的线，但有些同学改为了0.5mm的线打印出来还是很细，这样腐蚀的时候就有可能断掉，所以我们最后又重新把每一根线改为了1mm。
2)、画图的时候没有注意焊盘的大小，虽然打印之前有逐一加大，但由于一开始没有考虑到线与焊盘之间的关系，以至于有些线与焊盘靠得太近，所以不能改太大，所以最后打印出来有些焊盘还是偏小。
3)、没有注意元器件的封装问题。我们一开始电容用的封装是RAD0.3，这个封装两个针脚之间可以穿越一条线，这与实物不相符。再用回RAD0.1封装时，两个针脚之间不穿越
线，所以也得重新布局。封装可以在原理图上改，也可以在PCB图里改。
4)、画线之前忘记设定为单层板，以至于画出来的线有一部分是红色的，后来改为只选取bottom layer,画出来的线就全部是蓝色的了。
5)、用自动布线的时候，系统有些线是重连的，就如地线是经常重连的，我们只需要一条线都共地就可以了；有些线是布置得密，我们就把那些线分开一点。以免敷铜时线会接在一起短路。
3.2、硬件制作
电路板的制作共分为四个部份：
第一、用热敏纸打印DXP电路图。
第二、将用热敏纸打印出来的DXP电路图印在电路板上。首先把用沙纸磨擦过的电路板（能更好地吸碳粉）对准热敏纸电路图封装好，尽量贴紧，然后放进封塑机进行封塑，封塑机的温度要保持在恒温150摄氏度，封塑过程要进行十几个来回，以保证热敏纸上的电路图形态的碳粉能尽量多地印在电路板上。这个过程要持有一定的耐心。有些同学在加热的时候把封塑机上加热/冷悼的健打到冷悼上，以至于虽然进行了二十多个来回，但最后也只是把一部分电路印在了电路板上，既浪费了时间，也浪费了电路板。
第三、电路板去铜。这个过程首先必须要注意安全。首先是调配溶液，溶液总量以刚没盘底为宜，以节省材料。所用的水、过氧化氢、盐酸的比例是2：1：1，但如果要争取时间也可以适当加多盐酸和过氧化氢的量，调配好溶液后，轻轻地把印有电路图的电路板放进去，然后观察板上铜的反应直至除碳粉覆盖的铜外全部铜都反应溶解完全。看到铜被溶解完之后就拿去用清水洗干净。在这一过程中还要注意手套是否穿了。
第四、打孔。这一步也具有一定的危险性，指导老师反复强调要注意安全。打孔时，固定好电路板，先将钻头对准电路板上的需要打孔的点，然后用手操作控制杆快速往下压，这样就可以。在打孔之前最后先调好钻头的转速，打快或太慢都不好。这一步要极具耐心与细心，否则容易出事故导致前功尽弃。
电路板的制作也就完成了，接下来就到了电路板的焊接。首先，测试好元器件的值，然后对照电路图对号入座，由于我们的布线比较细，所以在焊接的过程中一定要小心，否则很容易就会发生短路现象。
3.3电路板调试
电路板的制作与焊接都完成后，就到了电路的调试过程。连接电源，这一过程可先用万用表测量给出是否为±9V，连到器件上的时候千万不要接错工作电压，不然会烧掉运放LM324。
1、观察给+5V的方波输出：示波器一端接多谐振荡器输出测试点，一端接地；观察输出波形如图
3.1，该图为为输出幅度+5V
方波。
图3.1
2、观测±9V的方波输出：将示波器另一端接比较器输出点，这个主要是观测幅度是否达到±9V。如图3.2：
图3.2
4、最后观测输出波：经滤波放大后 如图3.3
图3.3
最后，因为我们用是电位器分压，而实际给出的正弦波与仿真时的Vpp相差较多，仿真时可以达到Vpp＝14V，而实际出来的只是9V，最后因为实际与仿真相差过大，从而用电位器不能分到12V，这是本电路的一个缺点。
四、讨论及进一步研究建议
本设计虽然最终实现了正弦波形的输出，但仍存在较大的不足，尤其是多谐振荡器输出的方波不能实现占空比的调整，这就使最后输出的正弦波形的可调性产生了很大的局限性，这对一个函数信号发生器而言显然是个很大的缺陷，但由于在设计过程中的疏忽而最终没能实现这一功能，实在是一大败笔。另外，对于方案一中的电路，虽然我们不知什么原因没能通过仿真而最终舍弃了，但理论上确实存在着很大的可行性，尤其是三角波部分的电路，相当于一个过渡，使得方波到正弦波的转换更加自然，最终输出的波形当然就更加接近正弦波了，所以如果在我们的电路上再加上调节占空比与三角波电路的部分将使电路更加理想。
五、课程设计心得
通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的
真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！另外也学到了团队协作的重要性，在整个设计过程中，正是因为我们各位队员分工合作，携手合力，最终才能在规定的时间内顺利的完成了任务。虽然完成的结果仍然存在着种种的不如人意，但我们确实在实践过程中受益匪浅。
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参考文献
[1].康华光，陈大钦等。电子技术基础数字部份（第四版）。高等教育出版社。2006.4：355~356。
[2].康华光，邹寿彬等。电子技术基础模拟部份（第四版）。高等教育出版社。2006.4：370~371。
正弦信号源在航空航天测试、通信系统、电子测量、科研等方面都有着十分广泛的应用。传统的信号源很难实现高质量、高精度和高稳定性波形的输出,且一般频率调节是通过调节电阻、电感、电容参数或变容二极管的电容量来实现,难于实现高精度和数控调节[1]。直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS)是从相位的概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术[2]。随着现代超大规模集成电路工艺的高速发展,DDS技术得到了越来越广泛的应用。采用单片机控制DDS芯片,设计实现了一种高精度的低频正弦信号源。
1 DDS技术原理
DDS技术是一种从相位概念出发,运用数字电路产生信号直接合成所需波形的一种频率合成技术。它具有频率分辨率高,稳定性好,失真度小,可灵活产生多种信号等优点[3]。一个DDS芯片主要由相位累加器、正弦查询表、数模转换器组成,如图1所示,再加上简单的外部电路即可组成DDS信号发生器。
相位累加器是其核心。相位累加器读取地址值,然后通过查询正弦查询表,将地址值转变为输出波形的数字幅度序列。在稳定时钟信号的控制下,每个时钟脉冲,相位累加器的输出就增加一个步长的相位增量。然后通过数模转换将数字量的波形转换为模拟量输出,得到所需的波形。当相位累加器溢出时就输出了一个周期的波形,也就是输出波形的周期。
DDS系统信号的输出频率由频率控制字个M(也称为步进值)、相位累加器字长N、参考时钟频率fCLKIN决定,即
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当DDS芯片选定时,N为一定值,只能通过改变频率控制字或者参考时钟频率来改变输出波形的频率。由取样定理,它所产生的信号频率能超过参考时钟频率的50%,但在实际应用中,为了避免杂散问题引起的波形失真,输出频率一般不超过参考时钟频率的33%。
DDS系统的频率分辨率,即频率的变化间隔为
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当参考时钟频率固定时,频率分辨率由相位累加器的字长决定,即由DDS芯片本身决定。本设计采用Micro Linear公司的ML2037芯片作为DDS芯片。该DDS芯片最高可输出频率为500kHz高精度正弦波。它具有3线SPI串行接口,幅度可调,同步可调,可进入低功耗模式,单5V供电,外部电路简单等特点[4]。
2 系统设计
2.1 硬件设计
本设计采用STC11F单片机为控制器,ML2037为信号发生单元。单片机外接4×4键盘和1602液晶显示模块,用于输入和显示信号发生器的输出频率值以及输出的波形幅值。当频率设置完成后,即可通过使能按键将数据从移位寄存器送入数据锁存器以输出所需频率的波形[5]。在信号输出时,可通过幅值调节按键调节输出波形的幅值,可输出0.5V、1V、1.5V、2V四种峰峰值的波形。系统结构如图2所示。
ML2037是一款基于DDS技术的单片低频正弦信号发生芯片,外围电路极少,可以产生直流最高频率为500kHz的正弦波。其内部主要由串行输入、晶体振荡器、相位累加器、DAC转换、门极电压控制和低通滤波器组成[4]。
单片机通过SPI通信接口将16为频率控制字写入16位移位寄存器。ML2037内含2倍频倍频器,相位累加器的字长N为22,所以输出频率为
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本文设计采用25M有源晶振,可提供精准和稳定的参考时钟信号。由式(3)可知输出波形最高频率为391kHz,频率分辨率最小为5.96Hz。
单片机与ML2037接口电路如图3所示。将单片机的I/O口P1.0,P1.1,P1.2依次与ML2037的S CLK,S DATA IN,S ENABLE相连用于写频率控制字,P1.3与SHDN相连控制DDS进入低功耗模式,P1.4,P1.5与G1,G0相连控制输出波形的幅值。DDS芯片的输出具有大量的谐波分量和系统干扰,因此一般都需要外加低通滤波电路,但是由于ML2037内部已集成低通滤波器,所以可以省去这一部分外围电路。1602液晶显示与4×4键盘都是常用模块,在这里不再多做说明。
2.2 软件设计
软件设计如图4所示。上电后,首先初始化液
晶显示与中断,然后单片机对键盘扫描,获取操作者的设定值。键盘16个键,除了10个数字键外,还有频率/幅度切换键、确定键、睡眠键、写入使能键、删除键[6]。频率/幅度切换键用于确定输入的为频率还是幅值,确定键用于将设定值送入移位寄存器或者直接改变幅值,睡眠键则是使ML2037进入低功耗模式,写入使能键用于将移位寄存器的内容送入数据所存器中即可改变输出。液晶显示模块在初始化时显示频率和幅度都为零,输出时显示输出波形的频率与幅值,有键按下时显示按下的数字。
3 结束语
本文设计采用了以DDS技术为基础的ML2037芯片与单片机相结合来实现低频高精度的信号发生器。它具有频率容易控制、幅值可粗调、切换速度快、电路简单、价格低等特点,可产生最高391kHz的正弦波,具有良好的实用性。在本设计的基础上,还可以设计多个波形同步输出的系统。
摘要：以ML2037为技术核心,设计了一种以STC11F单片机为控制器的低频正弦信号发生器。介绍了DDS技术原理以及该系统的硬件电路、软件部分的设计原理。系统工作在单5V电源下,能产生最高391kHz的高精度正弦波,具有频率可调、幅值可粗调、性能稳定、电路简单、价格低等优点。
关键词：DDS,信号发生器,ML2037
参考文献
[1]周遐,金瑞,曹云川.基于DDS技术的高精度数控信号源设计[J].昆明理工大学学报:理工版,2009,34(5):50-53.
[2]范伟.超宽带(UWB)通信技术[J].微机算机信息,2005,21(2):154-155.
[3]汉泽西,张海飞,王文渤,等.基于DDS技术正弦波信号发生器的设计[J].电子测试,2009(8):65-69.
[4]Micro Linear Corporation.ML2037 Datasheet[Z].1998.
[5]胡鸿豪,李世红,蔡志端.基于单片机和DDS信号发生器设计[J].电子元器件应用,2006,8(12):47-49.
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