代码收藏家技术教程 2023-02-19

设计与制作简易函数信号发生器

利用双运放放大器NE5532设计一个简易函数信号发生器

1 整机设计

1.1 设计任务及要求

利用双运放放大器NE5532设计一个简易函数信号发生器，结合所学的模拟电子技术知识，运用 AD 画图软件，设计并制作完成一简易函数信号发生器，要求能产生方波和三角波信号，且频率可调，并自行设计电路所需电源电路。

1.2 整机实现的基本原理及框图

函数信号发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路。本课题需要完成一个能产生方波、三角波的简易函数信号发生器。

产生方波、三角波的方案有很多种，本课题采用运放构成电压比较器出方波信号，采用积分器将方波变为三角波输出，其原理框图如图 1 所示。

图1 函数信号发生器原理框图

直流电源电路一般由“降压——整流—滤波——稳压”这四个环节构成。基本组成框图如图 2 所示。

图 2 直流稳压电源组成框图

电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变成整流电路所需要的电压u1。因此，u1=nui; (n为变压器的变比)。

整流电路的作用是将交流电压u1变换成单方向脉动的直流U2。整流电路主要有半波整流、全波整流方式。以单相桥式整流电路为例，U2=0.9u1。每只二极管所承受的最大反向电压URM=√2u1，平均电流ID(AV)=1/2IR=0.45u1/R。
对于RC滤波电路，C的选择应适应下式，即RC放电时间常数应该满足:

RC= (3~5) T/2，T为50Hz交流电压的周期，即20ms。

(2)器件选择

①变压器

将220V交流电压变成整流电路所需要的电压u1。

②整流电路

将交流电压u1转换成单方向脉动的直流U2，有半波整流、全波整流，可以利用整流二极管构成整流桥堆来实现。
③滤波电路

将脉动直流电压U2滤除纹波，变成纹波较小的U3，有RC滤波电路、LC滤波电路等。采用大电容滤波。

④稳压器

常用集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器。下面分别介绍其典型应用及选择原则。

固定式三端稳压器的常见产品有: 78XX系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为+5V; 79XX系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为-5V。

可调式三端稳压器能输出连续可调的直流电压，常见产品有: LM317稳压器输出连续可调的正电压;LM337稳压器输出连续可调的负电压。

2 硬件电路设计

1、原理图方面：

1、严格检查，该连接的一定要连接，不能缺漏，不该连接的一定不能连接。

2、线尽量短，尽量减少绕行。

3、原理图需要绘制的封装NE5532和7812/7912，也可找到封装使用。封装绘制时注意:

(1)7812和7912管脚顺序不同;

(2) NE5532 是分块原理图元件;

(3)库文件只要-一个，在一个库里创建多个元件。

4、电位器封装注意可调端的位置。

2、PCB方面：

1、PCB是透视图，所以该图是从元件面看过去的图，焊接是从背面看到的图。

2、根据PCB图逐个摆放并焊接元件，注意留足变压器位置。

3、每个元件都需要确认封装，焊盘要大于2.5mm,线1mm以上，GND:1.5mm,VCC:1.2mm,其他:1mm。

4、绘制封装的元件。

(1) 7812/7912，管脚一定要对应，脚朝下、面自己、从左往右123，编号与原理图对应，需安装好散热片再测量封装尺寸。

(2) NE532，DIP8 标准封装，2路运放在同一芯片上，注意对应管脚关系。

(3)电解电容，根据外圆大小和管脚间距绘制。

(4)电位器，注意等腰三角形的顶端或者中心端(可调端)一定要正确。

(5)变压器，只需绘制外框、固定孔、接线孔，接线孔建议距离拉开，避免太近短路。变压器的原边分别与电源插头线焊接后用3M胶带缠绕包裹3层以上，拉紧缠绕，不留缝隙。

3 制作与调试过程

1、制作过程

绘制好原理图和PCB图，带上打印的原理图和装配图和数字万用表，去实验室把一块铜板放在刻板机器上导入PCB文件进行雕刻，完了接着进行打孔、打磨，然后把板子刷上松油。刻板结束后，手机拍摄一张PCB图打孔时备用，然后观察、或用万用表蜂鸣档检查激光雕刻好的板是否存在未雕刻透、短路等现象，若有可采用砂纸打磨、手动雕刻等方式进一步解决，注意对着手机所拍摄的PCB图把每个孔都打完。板子四周和变压器两端记得打3mm的孔，以便于撑板子和安装变压器。比对原理图安装元件并进行焊接工作。焊接完成后，对电路进行检查，查看是否存在漏焊或者短接等问题，注意留意元器件是否接反。

2、调试过程

短暂上电看指示灯是否亮起（先不要插NE5532运放芯片），若不亮，则检查线路是否有短路或者断路以及是否虚焊，二极管是否接反，再检查整流二极管是否装反，接着检查稳压芯片是否管脚正确。用万用表先检查芯片槽8脚和4脚对地电压是否为+12V和-12V。若检查上述无误后仍不亮，则测试电压，变压器正常工作时电压为交流15V左右，整理二极管输出电压为正负15~25V,芯片底座4、8脚对地电压为正负12V,若某处电压不正常，有需要检查管脚是否有问题（是否接错）或者器件是否已损坏。电压正常后插上运放芯片，用示波器观察能否出方波和三角波波形，且波形频率是否可调。调试过程中出现电压不正常、无波形等现象，仔细检查自己的原理图是否画正确，同时用数字万用表的蜂鸣器档检测电路走线是否出现未连通或短路等现象，可采用跳线、割线等方法处理。

4 电路测试

4.1 测试仪器与设备

1.数字万用表

2.双踪示波器

4.2 性能指标测试

正电压：15.9V

负电压：-11.4V

方波幅度：9.6V

三角波幅度：1.5V

波形频率范围：49.5HZ ~ 3.1HZ

4.3 波形图（验收时1KHz下方波和三角波均附图1个）

5 实训心得体会

这次的模电实训算是要完结了，虽然遇到了好多的困难，但是在自己不断的努力下完美的完成了，记住了好多的知识点，这是值得令人高兴的。这次实训，利用AD制图软件绘制了原理图、PCB，间接巩固了前面所学的知识。由于自己的粗心导致刚开始时原理图画错，导入PCB时和实际相差很大，例如+-12V原理图绘制错误，使PCB无法连线，在仔细检查后更改了过来，对于如何设置好安全距离、对地覆铜、不同线宽设置等问题有了更加深刻的体会。在安装调试过程中自己又有了一番体会，电路虚焊、二极管±接反、芯片装错等等，错误百出，以至于LED从一个不亮到只亮一个到全亮，在自己的细细检查下终于把芯片管脚电压调至正常。在调试波形时的时候，出不了正常的波形，很不对称，但是表面上电压又是正确的，在确保电路无误的情况下我检查了器件，发现是稳压管接反了，对换过来后终于显示了正确的波形。在调试过程中屡屡遇到困惑时，一个心思要把它给解决掉，翻阅了资料询问了同学。这次实训，我很羡慕一做就能出波形的同学，同时我有感到很庆幸，因为我可以从中发现自己的错误与不足之处，努力学习并掌握他们。在答辩时我发现答不上来因为自己对于个器件的作用理解的不透彻，让我暗暗下了一定要掌握个器件基本功能的决心。在实训过程中，我就深深的体会到，一定要将课本上的只是吃透，这是做实验的基础，不然实训过程中将会有各总各样的问题，也无法及时解决。在以后的日子里，在完成不同的事情时，我也会通过不断的学习与实践，努力的做好。