函数信号发生器.docx

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函数信号发生器

函数信号发生器的设计

专业名称：

测控技术与仪器

学生姓名：

班级：

学号：

1．函数信号发生器总方案及原理框图

1.1原理框图

1.2函数信号发生器的总方案

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，也可以采用集成电路。

为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本方案采用由集成运算放大器与晶体管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。

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。

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。

本方案采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。

2．设计的目的和设计的任务

2.1设计任务

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器

2.2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：

在0－10kHz范围内可调；

4．输出幅度：

7V

3．各组成部分的工作原理

1.正弦波发生部分的仿真电路图

2.方波发生部分的仿真电路图

3.三角波发生部分的仿真电路图

4.锯齿波发生部分的仿真电路

3.1方波---三角波转换电路的工作原理

工作原理如下：

若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。

运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。

比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。

设Uo1=+Vcc,则

将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为

若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

比较器的门限宽度

由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图所示

a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为

时，

时，

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。

a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。

三角波的幅度为

方波-三角波的频率f为

由以上两式可以得到以下结论：

1.电位器RP2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。

若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。

2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。

三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。

电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。

3.2三角波---正弦波转换电路的工作原理

三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。

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，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曲线的非线性。

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

式中　　

——差分放大器的恒定电流；

——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。

如果Uid为三角波，设表达式为

式中　　Um——三角波的幅度；

　　T——三角波的周期。

为使输出波形更接近正弦波，由图可见：

（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好。

（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

（3）图为实现三角波——正弦波变换的电路。

其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。

电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。

3.3总电路图

三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路

先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。

4、电路仿真

4.1方波---三角波发生电路的仿真

4.2三角波---正弦波转换电路的仿真

5电路的安装与调试

5.1方波---三角波发生电路的安装与调试

1.按装方波——三角波产生电路

1.接入两块741集成块，注意布局；

2.分别把各电阻放入适当位置，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。

2.调试方波——三角波产生电路

1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；

2.调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求；

3.调节RP2，微调波形的频率；

4.观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。

5.2三角波---正弦波转换电路的安装与调试

1.按装三角波——正弦波变换电路

1.接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；

2.搭生成直流源电路，注意R的阻值选取；

3.接入各电容及电位器，注意C6的选取；

4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。

2.调试三角波——正弦波变换电路

1.接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；

2.测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；

3.测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；

4.在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压。

5.3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。

6．实验体会与总结

本学期我们开设了《电子测量技术》课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业也都有联系，且都是理论方面的指示。

学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期老师为了加强我们对知识的理解，布置了此次大作业，设计一个信号源。

这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还真正的做到了学以致用。

在设计过程中，我考虑到了可能会遇到的不少问题。

比如：

波形失真，甚至不出波形这样的问题。

并根据自己在课程设计中的经验，给出了解决问题的方法。

作为一个测控专业的学生，我深知实践的重要性。

这次设计我从刚开始的什么都不懂不会，到现在的基本了解了一个电路元件是如何构成的。

其中的电路仿真也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。

这次设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。