函数信号发生器的设计与制作docxWord文档下载推荐.docx

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由比较器和积分器组成方波一一三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波（三角波的频率可通过电容的大小进行更改），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。

特别是作为肓流放大器时，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。

1.方案一

没有接通时，V。

二0V,滞回比较器V。

二+Uz，则集成运放同相输入端V尸急・Vz，同时％二+冬给C冲电，使*由0上升，在*>

«

之前，V。

二+Vz不变；

当VR>

Vl时,

%跳变到-Vzo

当％=-冬时，V产碁•—），WC使Vr降低，在在VR>

Vi之前V°

=-Vz不

变,当VR<

V£

时，V。

跳变到+Vz。

方波部分

方波的波幅由稳压二极管的参数决定，方波的周期取决于充放屯冋路RC的数值。

若R或C其中一个增大，周期T也会增大。

1严R3C

T2VR,

T二T\+Tj~（T1+T2）ln（l+2R2/R1）

T=（R3+R4）Cln（l+2R2/R1）

三角波部分

在方波发牛电路中，当阈值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成是近似三角波。

所以只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压。

当方波发生电路的输出电压Uo=-Uz时，积分运算电路的输出电压U。

将

线性下降：

而当u°

二+Uz时，将线性上升。

积分电路的输入电压不是+4就是-4,所以输出电压的表达式为

式中Uo（to）为初态时U°

］正好从-Uz跃变为+Uz，则式子变为

积分电路反响积分，u。

随时间的增长线性下降，一旦UO=-UT,再稍减小，U。

从+5跃变为-匕，式子变为

R&

C

Uz（ll—/o）+z/o（/o）

U°

（tJ为u°

产生跃变时的输出电压。

积分电路正向积分，％随时间的增长线性增大，一旦u0=+UT,再稍加增大，U"

将从--跃变为+匕，回到初态，积分电路又开始反向积分。

电路重复上述过程。

因此产生震荡。

由以上分析可知，U。

是三角波，幅值为土U“U。

］是方波，幅值为土4,由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。

设正向积分起始值为-中了值为+U「积分时间为二分之一周期，则有

+Ut=——S•工+（-Ur）

Rf>

C2

震荡频率为f二点调节电路中的R5,可以改变震荡频率和三角波的幅值。

在三角波电压为固定频率或频变化很小的情况下，可以考虑低通滤波的方法将三角波变换为正弦波，输入电压的频率等于输出电压的频率。

将三角波按傅里叶级数展开

8||

ui（wt）=—Um（sinwt——sin3vvz+—sin5ivz-）

”2925

其中…^^是三角波的幅值

方波电路的工作原理

从一般原理来分析，可以在滞回比较器电路的基础上，靠正反馈和RC充放电回路组成矩形波发生电路。

由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态：

高电平或低电平。

两种不同的输出电平使RC电路进行充电或放电，于是电容上的电压

升高或降低，而电容的电压有作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路有充电过程变成放电过程或相反。

如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方波信号。

设Uol=+Uz,则

U+=R2（+Uz）/（R2+R3+Rpl）+（R3+Rwl）Uia/（R2+R3+Rpl）=0

（1）

将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia_为

Uia二・R2（+Uz）/（R3+Rpl）一R2*Uz/（R3+Rpl）

（2）

若Uo"

・Uz,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

Uia+=-R2（-Uz）/（R3+Rpl）二-R2*Uz/（R3+Rpl）（3）

比较器门限宽度UH为

UH=Uia+・Uia一=2*R2*Uz/（R3+Rpl）（4）

3.方波——三角波转换原理

在产生方波信号之后，利用此波形输入到一个积分电路便可输出一个三角波。

由于三角波信号是电容的充放电过程形成的指数曲线，所以线性度较差。

为了能够得到线性度比较好的三角波，可以将运放和几个电阻、屯容构成积分电路。

运放接成积分电路形式，利用电路的自激振荡，由滞回比较电路输出的方波信号，经过积分电路后产生三角波信号，输出。

运放U2与R4、RP2、C4及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uol,则积分器的输出Uo2为

Uo2=-fUol*dt/（R4+Rp2）C4

当Uol=+Uz时，

Uo2=・（+Uz）t/（R4+Rp2）C4=-Uz*t/（R4+Rp2）C4

当Uol=Uz时，

Uo2=・（・Uz）t/（R4+Rp2）C4=Uz*t/（R4+Rp2）C4

方波一三角波的频率为:

f=（盼心）"

《（&

+心2）C

其中RJ+2⑷

取/?

2=10KQ,则/?

3+R〃i=3OKQ

収尼二20KQ,则R小二20KQ

由于f=（/?

3+/?

pl）A/?

2（/?

4+^2）c

故/?

4+R/>

2=3/Mc

4=5.1KQ,Rp2=100KQ

当10HzW/WlOOHz,取C=1UF;

当IOOHzW/WIKHz,取C=0.1UF;

当IKHzW/WIOKHz,取UO.OlPF.

三角波一一正弦波转换电路的工作原理

本设计方案中主要采用有差分放大器来完成。

差分放大器为输入阻抗高，抗干扰能力强，可以有效的抑制零点漂移，利用差分放大电路传输特性曲线的非线形，将三角波型号转化为正弦波信号，传输特性曲线越对称，线形区越好，三角波的幅值u应正好是晶体管饱和区和截止区。

运放U2与R4、RP2、C4及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uol,则积分器的输出Uo2为Uo2=-fUol*dt/（R4+Rp2）C4

途中RP3调节三角波的幅度，RP4调节差分放大电路的对称性，其并联RE1用来减小差分放大电路的线形区，电容C5、C6、C7为隔直电容。

由于输出频率较低，所以其容量一般较大。

C8为滤波电容，以消除谐波分量，改善输出波形，差分放大器的静态工作点可通过观测传输型曲线，调整RP4和R6确定。

四、总原理图及元器件清单

原理图

1、方案一

・Q

二章$、乙

原件序号

原件名称

主要参数

数量

备注

1

双踪示波器

XSC

3

2

运算放大器

LM324AJ

二极管

1N914

4

稳压二极管

1N4740A

5

电阻

IK,25K,50K,500K

7

6

滑动变阻器

50K,100K

电容

30nF,10nF,430nF

8

开关

9

电源

5V

五、性能测试与分析

1.方波

R5=50KQ,50%

R5=50kQ15%

RP1=5OK50%

闭合SI

Oscilloscope-XSCl却

Q

T2-T-

TimeChanrvelAChannelBD\

20SBS-7776V-Reverse」

SaveIExt.Trigger

1r

Scale|l0ms/Di*

ScalepV/Div

ScalefibV/Div

Edge[T"

^11"

^B1Ext|

Level|o[V

TypeSirvg.|Nor.|Auto||None

Xposrtion|0[yTFAdd|a*A|ab|

Yposition|0ac|o[Uce

Yposition|0

AC|0fDC・|C

••91

•••

闭合S2

侖Oscilloscope-XSCl

-Ttmebase

Scale110ms.»

Div

OhnyiA

Scale（5V/Div

^pCharwelB.

Scale110V/Div

Tngger

Edge\TTip7BI

Xposition|0

Level|o1V

[yTTAdd）&

A|ABj

ac|o[5c

（?

|AC|0[OC^^Jr

TypeSing.|Nor]Auto||None

闭合S3

CharrelA

Scale）10V/Div

ChanrelB

Scalep0V/Div

Trigger

Edge[TTjp7B|Ert|

Yposrtion|0

Yposition|o

AC|0fDCe

AC|0J57-Jr

TypeSingJNor.|Auto||None

Xposition|0[Y/TAdd|R<

A|AB|

Te

Scale12msDiv兰]

2.三角波:

师Oscilloscope-XSC3

R5=50K15%

伤Oscilloscope-XSC3

方案二：

闭合S1

呀Oscilloscope-XSC2

Timebasfi

Scale|1Om&

Div

ChanrelA

Scale|5V/Div

Channel£

Scale厂

Yposition

AC|0『

//Div土

T