模电实验报告函数信号发生器设计.pdf

本次实验设计了一款由基本的电路组成的能够产生矩形波、三角 波、锯齿波、 正弦波，且频率和占空比在一定范围内可调并且波形的频 率能够在数码管上显示的函数信号发生器。本次实验由模拟电路部分和 数字电路部分两部分组成。 模拟电子部分由锯齿波发生电路来产生矩形 波和三角波，一阶有源低通滤波电路滤掉三角波的高次谐波，反向比例 放大电路放大正弦波的峰峰值来满足实验要求。数字频率计部分由秒脉 冲发生电路，计数电路，锁存电路，和译码显示电路组成。 《模电实验报告：多功能函数信号发生器设计》 本次实验是模拟电子技术与数字电子技术相结合的一个综合性设计，目标是构建一个能够产生四种基本波形——矩形波、三角波、锯齿波和正弦波的多功能函数信号发生器。这个发生器不仅允许用户在特定范围内调整波形的频率和矩形波的占空比，还能通过数码管实时显示输出频率。设计过程中，模拟电路部分负责产生和处理不同波形，数字电路部分则负责频率计的功能。 模拟电路部分由三个关键单元组成：锯齿波发生电路、一阶有源低通滤波电路以及反向比例放大电路。锯齿波发生电路生成矩形波和三角波，其中矩形波的占空比可调，这依赖于电路中电位器的设置。一阶有源低通滤波电路用于滤除三角波的高次谐波，以确保输出波形的纯净。反向比例放大电路则用来放大正弦波的峰峰值，确保其满足实验要求的电压范围。 数字电路部分主要包括秒脉冲发生电路、计数电路、锁存电路和译码显示电路。秒脉冲发生电路产生稳定的时钟信号，计数电路根据输入的信号频率进行计数，锁存电路保存当前计数值，最后由译码显示电路将计数值转化为数码管可显示的形式，从而实现频率的实时显示。 实验设计中，提供了两种可能的实现方案。第一种方案是通过RC桥式正弦波振荡器产生正弦波，再通过电压比较器转换为矩形波，然后利用积分电路得到三角波。第二种方案则是利用滞回电压比较器生成方波，通过积分电路获得三角波或锯齿波，再通过低通滤波器生成正弦波。考虑到可调性和操作简便性，选择了第二种方案。 在单元电路设计阶段，选择了适合的运算放大器LM324，配合适当的电阻和电容，以及双向稳压管，以实现预期的波形和频率范围。例如，矩形波和三角波的频率由3R、wR和C决定，而占空比则通过调整wR来控制。低通滤波电路则采用了典型的一阶有源滤波器结构，以滤除高次谐波，保证正弦波的纯度。 整个实验过程包括电路设计、仿真优化、实物搭建、调试和测试，最终撰写设计总结报告。实验要求在100~500Hz范围内连续可调的频率，矩形波的占空比在30%~60%之间可调，输出电压也有明确的限制。通过这样的设计，学生不仅可以深入理解模拟电路和数字电路的工作原理，还能提升实际操作和问题解决的能力。 多功能函数信号发生器的设计涉及到了模拟电路中的振荡、滤波和放大，以及数字电路中的计数和显示等核心知识点。通过这样的综合实验，学生能够将理论知识与实践相结合，提升自身的电子设计技能。