正弦波—方波—三角波函数发生器设计报告

模拟电子技术——课程设计报告

题目：函数波形发生器

专业：应用电子技术

班级：应用电子技术（五）班

学号： 0906020129

姓名：刘洪

小组成员：刘洪阙章明

日期：2010-6-24

目录（信号发生器）

1 函数发生器的总方案及原理框图 (1)

1.1 电路设计原理框图 (1)

1.2 电路设计方案设计 (1)

2 设计的目的及任务 (2)

2.1 课程设计的目的 (2)

2.2 课程设计的任务 (2)

2.3课程设计的要求及技术指标 (2)

3 各部分电路设计 (3)

3.1 总电路图 (3)

3.2 正弦波产生电路的工作原理、仿真及结果 (3)

3.3 正弦波－方波发生电路的工作原理、仿真及结果 (4)

3.4 方波－三角波转换电路的工作原理、仿真及结果 (5)

3.5 电路的参数选择及计算 (5)

4 电路的安装与调试 (7)

4.1 正弦波发生电路的安装与调试 (7)

4.2 方波－三角波的安装与调试 (7)

4.3总电路的安装与调试 (7)

5 电路的实测结果 (8)

5.1 正弦波发生电路的实测结果 (8)

5.2正弦波－方波转换电路的实测结果 (8)

5.3 方波－三角波转换电路的实测结果 (8)

5.4 实测电路波形、误差分析及改进方法 (8)

5.5 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法 (8)

6 实验总结 (9)

7 仪器元件明细清单 (9)

8 参考文献 (9)

1函数发生器的总方案及原理框图

1.1电路设计原理框图

图1.1 函数发生器原理框图

1.2电路设计方案设计

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（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片机函数发生器模块8038、集成运放管ua741）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用集成运算放大器与比较器、积分器共同租成的正弦波——方波——三角波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波，——方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生正弦波--方波--三角波的设计方法。

2设计的目的及任务

2.1课程设计的目的

1.掌握电子系统的一般设计方法。

2.学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。

3.学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

4.熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。

2.2课程设计的任务

设计正弦波---方波---三角波函数信号发生器

2.3课程设计的要求及技术指标

1.设计、组装、调试函数发生器

2.输出波形：正弦波、方波、三角波。

3.频率范围：再10-10000Hz范围内可调。

3各部分电路设计

3.1 总电路图

图3.1函数发生器总电路图

3.2正弦波产生电路的工作原理、仿真及结果

图3.21 RC桥式正弦波振荡电路

电路中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼做选频网络，R1、R2、RP及二极管等元件构成反馈和稳幅环节。调节电位器RP，可以改变负反馈深度，满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管VD1、VD2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。VD1、VD2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

注意：R4、R5、C1、C2构成RC串并联电路，故R4=R5，C1=C2！！！！

3.22 RC 桥式正弦波振荡电路仿真及结果

3.3正弦波-方波发生电路的工作原理、仿真及结果

图3.31 正弦波-方波发生仿真电路

工作原理：集成运放处于开环状态，工作在非线性区，输入信号Ui加在正向输入端，当输入信号为正时，即U+为正时，U+>U-，则输出为正。当输入信号为负时，即U+为负时，U->U+，则输出为负，如此周而复始，在集成运放输出端便得到了矩形波。

图3.32 正弦波-方波发生仿真结果

3.4 方波－三角波转换电路的工作原理、仿真及结果

图3.41 方波－三角波转换仿真电路

工作原理:当电源接通时，假设电容器初始电压为零，集成运放A2输出电压为正饱和电压值+Uz，积分器输入为+Uz，电容C开始充电，输出电压Uo3开始减小，u+值也随之变小，当Uo3减小到-(R9*Uz)/R10时.u+由正值变为零，滞回电压比较器A2翻转，集成运放A2的输出Uo2=-Uz.

当Uo2=-Uz时，积分器输入负电压，输出电压Uo3开始增大，u+值也随之增大，当Uo3增加到(R9*Uz)/R10时，u+由负值变为零，滞回电压比较器A1翻转，集成运放A2的输出Uo2=Uz,

此后，上述过程不断重复，便在A2的输出端得到幅值Uz的矩形波，A3输出端得到三角波。

图3.42 方波－三角波转换仿真结果

3.5 电路的参数选择及计算

1正弦波振荡器部分

电容C1,C2.电阻R4,R5是整个电路频率大小的关键，

电路的振荡频率 RC

f π21

0= 起振的幅值条件

21

≥R R f

式中，。

为二极管正向导通电阻并联D D RP f r r R R R R ),(32++= 调整反馈电阻f R （调RP R ），使电路起振，且波形失真最小。如果不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大f R 。如果波形失真严重，应适当减小f R 。

改变选频网络的参数C 或R ，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C 作为频率量程切换，而调节R 作为量程内频率细调。 2方波转三角波部分

方波幅值 Z om U U ±= 三角波幅值

调节RP R 可以改变振荡频率，改变比值

2

1

R R 可以调节三角波的幅值。

4电路的安装与调试

4.1正弦波发生电路的安装与调试

安装

1.把UA741集成块插入PC板，注意布局；

2.分别把各电阻,电容，二极管等元件放入适当位置，尤其注意电位器的接法；

3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。

4.接图完成后用万用表测一下电路看看是否短路。

调试

1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；

2.调节RV1使电路起振

3.电路起振后，调节RV1，使正弦波的幅值满足指标要求；

4.观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。

4.2方波－三角波的安装与调试

安装

1.把两块UA741集成块插入PC板，注意布局；

2.分别把各电阻,电容，整流管等放入适当位置，尤其注意电位器、整流管的接法；

3.按图布线,注意直流源的正负及接地端。

调试

1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；

2.调节RV2，使三角波的幅值满足指标要求；

3.调节RV2，微调波形的频率;

4.3 总电路的安装与调试

1.把两部分的电路接好，进行整体测试、观察

2.针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，

5 电路的实测结果

5.4 实测电路波形、误差分析及改进方法

图5.4实测波形

1.测量时直流电源引起的误差，在仿真过程中，直流电源接的是±12V，而在实际测量中，供电源会发生误差，所以在测量过程中最好用稳定性较高的电源。

2.在仿真时，各种元件的精度很运行环境都比较好，而在实际测量中都会有所误差。

3.焊接时的误差，在电路焊接过程中，焊点、导线等也存在不可避免的误差。

4.测量时个仪表引起的误差。

5.5 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法

正弦波—方波—三角波函数发生器电路是由三级单元电路组成的,在装调多级电路时

通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。

1.正弦波发生器的安装与调试

由于文氏电桥振荡器，可自行产生波形，所以可先独自安装，要注意的是，应先调节RV1使电路起振，否则电路将不会起振。只要电路接线正确，上电后。调节RV1，Uo就会输出波形，如果输出不是正弦波，可调节RV1使波形达到正弦波标准。

2.方波到三角波变换电路的安装与调试

如上述图所示把比较器和积分器首尾相接连成正反馈闭环系统，比较器输出方波经积分器可得到三角波，三角波又触发比较器，自动翻转形成方波，这样既可构成方波、三角波发生器。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现横流充电，使三角波线性大大改善。如果三角波出现失真可调节电阻RV2，使之得到改善。

6 实验总结

为期半个学期左右的课程设计已经结束，在这半个学期的学习、设计焊接过程中我深感触颇深。使得我对抽象的理论有了具体的认识，通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。

在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，只知其一不知其二，还有待加强。

7 仪器元件明细清单

元器件清单：

电阻：10K （4个）

15K （1个）

20K （1个）

2K （1个）

2.2K （1个）

2.7K （1个）

10K可调（1个）

47K可调（1个）

电容：0.01Uf （2个）

0.022uF （1个）

其他：IN4007或1N4001（2个）

稳压管2C231 (2个)

uA741 （3个）

万能板（1块）

8 参考文献

周雪主编.模拟电子技术基础（修订版）.西安电子科技大学出版社。2005年7月