实用信号源的设计和制作

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1、北京邮电大学电子信息科学与技术专业综合课程设计实验报告课题：实用信号源的设计与制作姓名：学号：班级：学院：一、实验要求1．任务在给定±5V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波信号源。2．技术指标：（1）正弦波信号源a、信号频率：20HZ~20KHZ连续可调；b、频率稳定度：优于10-4；c、非线性失真系数：£3%，降低正弦波非线性失真系数，至少肉眼看不出来；d、正弦波幅度连续可调整，调整范围峰—峰值为100mV~2V。（2）脉冲波信号源a、信号频率：20HZ~20KHZ连续可调；b、上升和下降时间：£1us；

2、c、平顶斜降：£5%；d、脉冲占空比：2%到98%连续可调；e、脉冲波幅度连续可调整，调整范围峰—峰值为100mV~2V。（3）上述两个信号源公共要求a、在负载为600W时，输出幅度为2V；b、完成5位频率的数字显示2．要求设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，信号控制波形图，测试方法与数据，结果分析。主要参考元件：函数信号发生器ICL8038，CD4026，NE556，CD4001，LM318。注：不采用单片机控制。二、方案设计与论证【总体方案设计】实用信号源电路运放电路时钟触发电路频率显

3、示电路实用信号源框图如右，实用信号源电路采用ICL8038芯片产生正弦波和脉冲波，并实现占空比可调、频率可调、信号频率预置。运放电路采用LM318芯片，实现波形幅度可调。时钟触发电路采用NE556和CD4001芯片，以接收信号，并为频率显示电路中的计数器提供时钟信号。频率显示电路包括CD4026计数器芯片和数码管，用以对信号频率计数并显示。【可行性分析】1．信号发生芯片电路选取ICL8038为精密函数信号发生芯片，带宽调节可达0.001Hz到300kHz，正弦波输出失真低于1%，三角波线性失真低于0.1%，方

4、波输出TTL电平到28V，上升时间180ns，下降时间40ns，足以满足本次实验的任务和技术指标。2．频率调节与方波占空比调节仅使用ICL8038芯片，并通过简单的外围电路同时实现频率调节与方波占空比调节两个功能。典型电路有下面两类：图一频率与占空比调节如图一电路，RA和RB两电阻的阻值，由下面两公式可确定输出波形的上升时间t1和下降时间t2，从而决定周期T=t1+t2，占空比为t1:(t1+t2)。但此电路或其修改的派生电路存在占空比调节时频率受影响，且频率调节范围不足，需要切换电阻和电容，不能满足频率连续

5、调节的要求，所以不可取。公式：图二可变音频振荡器，20Hz到20kHz如图二电路，为扫频电路改进的音频振荡器，1N457引入的压降可以增大频率调节范围，但实际实验中为了减少器件未加入1N457亦可达到要求。该电路可以产生稳定的频率控制，但如果想同时实现占空比的调节，需要在5脚和4脚上使用较大的可变电阻，而固定电阻的值作为限流保护可适可而止就好。从理论上看本方案除了调节占空比的时候频率会受到一定的扰动，而且正弦波也会在调节方波占空比时发生失真这两点，其他方面都没有问题。从电路的简洁上看，是可行的。3．幅度调节图

6、三LM318产生幅度可调的波形如图三所示，将信号发生器产生的波形通过LM318运放进行放大输出，可变电阻可调节幅度大小，使峰峰值满足100mV~2V要求。电源用5V电压足矣，其余的电阻阻值在实验过程中可修改使其达到理想的放大效果。4．测频与数码管显示由于数码管显示精度为1Hz，所以测频时采用等精度算法，在1s钟内计数，计数值就是信号的频率值。定时器选取NE556，输出产生1s跳变电平接入CD4026的清零端，并通过反相器产生1s的跳变电平接入CD4026的计数控制端。计数器使用CD4026，输出即使7段数码管

7、显示计数值。三、理论分析与计算1．ICL8038外围电路电阻电容选取图四信号发生器电路【占空比调节】芯片使用±5V供电，扫频电压通过滑动变阻器R8可为8脚提供的控制电压，电阻R4、R5分别为2k，滑动变阻器R2为100k用于调节占空比，由下述公式：占空比=[（R5+R2左）-（R4+R2右）]/2（R5+R2左）【正弦波失真度调节】1脚与12脚连接的R1，R12的100k欧滑动变阻器和各自10k欧电阻构成的分压网络可用于调节正弦波失真度。【频率调节】8脚连接的滑动变阻器R8用于调节频率大小，但由于在调节频率过

8、程中占空比会缓慢发生变化，故其调节的频率有一定范围，若需要覆盖20Hz~20kHz全频率调节，需更换10脚电容，以调节档位。由手册公式可知大体的电容选取f=200Hz对应473f=2kHz对应472f=20kHz对应471（由于实验过程中未能找到471，可用与471相近的电容亦能很方便地调节到20kHZ）2．LM318运算放大部分图五LM318运算放大电路【幅度调节】可变电阻可调节幅值，需使幅值满足