4.4實物圖
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圖22 函數(shù)發(fā)生信號器實物圖
一、設計任務及要求： 設計任務： 設計方波-三角波-正弦波函數(shù)信號發(fā)生器。 要求： 1 輸出波形：方波，三角波和正弦波； 2 頻率值：f=5Hz~200Hz； 3 輸出電壓：方波Up-p＜24V,三角波Up-p=5V，正弦波Up-p＜1V。
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函數(shù)信號發(fā)生器的設計 1設計目的 a 掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法； b 掌握模擬IC器件的應用； c 培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力； d 掌握所用元器件的識別和測試； e 熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。 2設計思路 a 設計方波電路； b 設計三角波電路； c 設計正弦波電路； d 將三個波形電路連接在一起。 3設計方案 3.1 方案論證 方案一：采用ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器芯片外加電阻，電容元件，構(gòu)成波形發(fā)生電路，ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器芯片是一種多用途的波形發(fā)生器芯片，它可以用來產(chǎn)生正弦波，方波，三角波和鋸齒波。它的振蕩頻率可以通過外加的直流電壓進行調(diào)節(jié)，是一種壓控集成函數(shù)信號發(fā)生器。雖然ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器的功能強大，但是它的價格昂貴，而且市面上也較難買到，如果用ICL8038芯片來制作簡易波形發(fā)生器系統(tǒng)，則會大大增加系統(tǒng)的制作成本。 方案二：采用LM324集成運放芯片，外加電阻，電容等元器件調(diào)整，濾波，構(gòu)成簡易波形發(fā)生器。LM324是一種集成運放放大器芯片，它的內(nèi)部有四個獨立的放大器。根據(jù)所學知識，運算放大器可以構(gòu)成同相滯回比較器，積分器和二階有源低通濾波器電路。可以分別產(chǎn)生方波，三角波和正弦波。該電路具有重量輕體積小，效率高，輸出穩(wěn)定等特點。而且LM324集成運放芯片價格低廉，容易買到，降低了制作成本。
（圖片詳見附件）
圖1 函數(shù)發(fā)生器的方案圖
本設計意在用LM324放大器設計一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波的函數(shù)發(fā)生器，即直流電源通過一個同相滯回比較電路轉(zhuǎn)換為方波，方波通過一個積分電路轉(zhuǎn)換為三角波，最后經(jīng)濾波電路（RC振蕩電路）轉(zhuǎn)換為正弦波。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性[1]。 綜上所述，采用方案二。 3.2 原理圖 3.2.1 總原理圖
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電路圖
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圖2 函數(shù)信號發(fā)生器的總原理圖 3.2.2 分電路圖及其原理
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圖3電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩首先；圖4采用低通濾波的方法調(diào)節(jié)電位器將三角波變換為正弦波。至此一個波形的轉(zhuǎn)換電路基本設計完成。達到了波形轉(zhuǎn)換的目的[2]。 3.3用Multisim10電路仿真
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圖5原理圖仿真
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圖6矩形波 圖7三角波 圖8 正弦波 3.4 PCB制圖
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圖9 PCB布線圖
4 電路的安裝與調(diào)試分析 4.1 安裝電路 a 將主要芯片LM324放在電路板的中央； b 將各個元器件按照合理布局放入適當位置； c 依據(jù)電路圖，焊錫，連線。 4.2 檢查電路 通電前：電路安裝完畢，首先直觀檢查電路各部分接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接錯。 通電：接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異常現(xiàn)象。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，則應立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電。 4.3 調(diào)試電路 接入正負12V電源后，用示波器先接第一個輸出端，通過調(diào)節(jié)R2和R3電位器，使方波達到指標要求。方波穩(wěn)定后，可再接第二個輸出端，出現(xiàn)三角波；再接入第三個輸出端，產(chǎn)生正弦波，通過調(diào)節(jié)R9使正弦波達到指標要求。 LM324的管腳圖：
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圖10 管腳1 OUTPUT矩形波 圖11 管教2 GND
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圖12 管腳3 + INPUT 圖13 管腳4 VCC﹢12V
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圖14管腳5 +INPUT 圖15 管腳6 -INPUT
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圖16管腳7 OUTPUT正弦波 圖17 管腳8 OUTPUT三角波
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圖18管腳9 –INPUT 圖19管腳10 +INPUT
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圖20 管腳11 VEE -12V
4.3 實驗結(jié)果 實驗結(jié)果:在示波器上依次接入三個輸出端，則依次出現(xiàn)方波，三角波，正弦波。
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方波 三角波 正弦波
圖21輸出波形 如圖22為函數(shù)信號發(fā)生器的實物圖。右邊的三個端子從上至下為電源負極，地線和電源正極；左邊三個端子由下至上依次為方波輸出，中間為三角波輸出，上面為正弦波輸出。在檢測電路板時，右邊三個端子接好電源正負極和地，左邊輸出依次接在函數(shù)發(fā)生器上，觀察波形。 5 設計體會與建議 5.1 設計體會 經(jīng)過本次設計，讓我們對LM324的工作原理有了較深的理解，掌握了LM324的引腳功能、內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用LM324制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，頻率和幅度便于調(diào)節(jié)。它可輸出正弦波、方波、三角波以及鋸齒波等，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，失真度小。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟實用。 此外，在做實驗前，我們必須掌握一些必備的常識，比如，三極管引腳的判定以及電阻值的判定。我們也必須用科學的態(tài)度對待我們在實驗中所遇到的問題，不能夠自以為是，要用科學的房法來分析解決問題。應該以作為一個工程人員應用的素質(zhì)去面對，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。在實驗時應保持冷靜，測試有條理。遵循物質(zhì)客觀規(guī)律，不隨便改寫實驗數(shù)據(jù)。自己平時要多動手、多動腦，這樣當問題來臨時你就不會反應慢。該多畫就多畫些，比如，那些PCB板的制作就應該多畫些，以便能增加自己對該軟件的熟練度，等下次用起來時能夠稱心如意，這樣就不會浪費時間。再如，在焊接導線時，應區(qū)別不同類型的導線用不同類型的焊接方法及焊接的先與后順序。還要注意試驗安全，不要輕易地嘗試不安全接法。在做設計時必須講求產(chǎn)品的實用性、美觀性以及經(jīng)濟性等[3]。 5.2 建議 函數(shù)信號發(fā)生器的電路板布局應更合理些，使得焊接時可以更加方便；再者，儀器的選用，在仿真時就應多多嘗試不同的元器件所給出的不同效果，以達到電路本身的要求。
參考文獻 [1] 彭介華.電子技術(shù)設計指導[M]，北京：高等教育出版社，2008.12 [2] 童詩白 華成英主編 模擬電子技術(shù)基礎（第四版）[M]，北京：高等教育出版社，2001 428-430，440-442 ，334-335。 [3] vyooliwei.函數(shù)發(fā)生器的應用
附錄表1設計元件領用清單
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