函数信号发生器课程设计

一绪论

1.1函数信号发生器的应用意义

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也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用有集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。具体方法是由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

通过此次设计，我们能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力

1.2设计任务

设计能产生方波、三角波、正弦波的函数信号发生器电路

1.3设计要求

1）输出各种波形工作频率范围：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。

2) 输出电压：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。

3) 波形特征：幅度连续可调，线性失真小。

4)选择电路方案，完成对确定方案电路的设计;计算电路元件参数与元件选择、并画出各部分原理图，阐述基本原理。

1.4设计方案

函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组

合而成。由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。

图1 函数信号发生器框图

1、方波—三角波—正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，其结构如图1所示。他利用比较器产生方波输出，方波通过积分产生三角波输出，三角波通过差分放大电路产生正弦波输出。

2、利用差分放大电路实现三角波—正弦波的变换

波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示

图 2 三角波和正弦波得转换示意图

由图2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。

二函数信号发生器各单元电路的设计

2.1方波产生电路图及元件参数的确定

2.1.1 方波产生电路如图3所示

图 3 方波发生电路

2.1.2 元件参数的确定

图3中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。使产生的频率范围在10~~100Hz。

方波振荡周期T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

R1=7K，R3=7K ，R4=7K。

振荡频率f = 1/T。可见，f与C1成反比，调整电容C1的值可以改变电路的振荡频率。图中稳压管D1 D2 为调整方波幅值，U P-P = D1 +D2。

2.2方波—三角波转换电路图及元件参数确定

2.2.1 方波—三角波转换电路如图4 所示

图4 方波-三角波电路图

2.2.2 方波→三角波的参数确定

图4中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。运算放大器U1与电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。

图中R6在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若

要求三角波的幅值，可以调节可变电容C2。

三角波部分参数设定如下：

对于输出三角波其振荡周期T = (4 R5 R6 C2) / R3 ，f = 1/T。而要调整输出三角波的振幅，则需要调整可变电容C2的值。以使三角波U P-P = 5V。

2.3正弦波参数电路及元件参数确定

2.3.1 正弦波参数电路如图5 所示

图 5 三角波-正弦波电路图

2.3.2正弦波的参数确定

.改变输入频率，是电路中的频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图5中当改变输入频率后，三角波与正弦波的幅度将发生相应改变。由于

振荡周期T = (4 R5 R6 C2) / R3，

C2为调节三角波的幅度使U P-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值U P-P = 3V。

三角波→正弦波的变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。

2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图

根据以上设计，画出方波-三角波-正弦波函数发生器电路图如图6 所示。

图 6 方波-三角-正弦波函数发生器电路图

3、电路的仿真调试

3.1 利用Multisim软件画出电路图，模拟电路结果，观察各波形的输出。

3.1.1 方波、三角波产生电路的仿真波形如图7所示

图7 方波、三角波仿真图形3.1.2方波—三角波转换电路的仿真如图8 所示

图8 方波—三角波仿真图形3.1.3三角波—正弦波转换电路仿真

图三角波—正弦波仿真图形3.1.4方波—三角波—正弦波转换电路仿真

图方波—三角波—正弦波仿真图形

3.1.4结果分析

输出电压

方波信号接入示波器仿真，调节C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信号并接入三角波信号，调节C2，测得三角波峰峰值Upp=5 V；将正弦波信号接入示波器，调节R10，测得正弦波峰峰值Upp=3V。