函数信号发生器方案与调试

函数信号发生器的设计

一、实验内容

设计一个能产生三角波、正弦波、方波信号的函数信号发生器。

二、设计要求

基本要求：信号频率范围 1Hz～20kHz

正弦波峰峰值3V 幅值可调

方波峰峰值 5V 幅值可调

三角波峰峰值5V 幅值可调

提高要求：输出频率范围上限1MHz，输出阻抗50欧

三、实现方法参考

<1）用分立元件、晶体管、集成运放等通用器件制作组成函数发生器，要求给出仿真结果，并利用测试工具给出几个常见的性能指标。

<2）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。如美国马克西姆公司开发的新一代函数信号发生器ICMAX038，可以达到更高的技术指标。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。

<3）利用单片机配合D/A转换器实现。

<4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率，具体实现可以采用CPLD或FPGA等芯片。

<5）利用虚拟仪器技术，通过对声卡的控制实现各种信号的产生。

四、实验原理图

五、实验仿真<用multisim）

方波

充电时间T1为: T1=(Rf +Rw’2>Cf

放电时间T2为: T2=(Rf +Rw’1>Cf

波形的占空比D为: D=T1/(T1+T2>

调节电位器Rw,可以改变振荡频率,但三角波的幅值也随之变化.一般采用调节Rw来调节电路从而调节波形输出不失真。

三角波

三角波和方波发生器如把滞回比较器和积分器首尾相接形成反馈闭环系统,则比较器输出的方波经积分器积分可到三角波,三角波有触发比较器自动翻转形成方波,这样可构成三角波,方波发生器.因为采用运放组成的积分器电路,因此可以实现恒流充电,使三角波线性大大改善.

充电时间T1为: T1=2R1R4C/R2

放电时间T2为: T2=2R1R5C/R2

波形的占空比为: D=T1/(T1+T2>=1/(R5/R4>

调节R5可以调节占空比D.

正弦波

RC串,并联电路构成正反馈支路同时兼作选频网络,R1,R2,Rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节.调节Rw,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形.利用两个二极管D1,D2正向电阻的非线性特征来实现.且输出波形正,负半周对称.R3的接入是为了削弱二极管的非线性影响,以改善波形失真.

电路的振荡频率fo=1/2∏RC

起振的幅值条件 RF/R1>2

七.测量结果验算：

对于图7所示电路，其性能指标的测量值如下表：

表7------函数发生器性能指标测试

八.误差分析：

(1>根据性能指标从而测量误差分别为：

方波:rvp-p=<24-22）/24=8.33%

rvtr=(29-24>/29=17.2%

三角波:rvp-p=(6-4.5>/6=25%

(2>误差分析

1.输出电压Vp-p≤2Vcc，因为运放输出级是由NPN型或PNP型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。

2.方波的上升时间tr，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容C1

九.电路安装与调试技术：

因为比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，在安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，A1的输出vo1为方波，A2的输出vo2为三角波，微调RP1，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，调节RP2，则输出频率连续可变。

十.实验总结：

1．次实验掌握了方波-三角波函数发生器的项目设计估算方法，掌握了函数发生器的主要性能指标及其测量方法。尤其对如何改变函数发生器的波形的体会较深。

2．进一步熟悉了示波器，信号发生器和万用表的使用方法，以及如何检查晶体管的好坏。

3．在实验时应保持冷静，测试有条理.遇到问题要联系书本知识积极思考,同时一定要做好实验前的预习和实验中的数据记录,这样才能够在实验后有数据进行分析和总结,写出合格的实验报告。