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函数信号发生器设计 一 实验内容 1、基本要求： 1）设计制作一个可输出正弦波、三角波和方波的函数信号发生器。 2）输出频率能在10HZ—10KHZ范围内连续可调，无明显失真。 3）方波输出电压Upp20V、三角波Upp=6V、正弦波Upp1V。 4) 设计、组装、调试函数发生器 2、 设计目标： 1)．掌握电子系统的一般设计方法 2)．掌握模拟IC器件的应用 3)．培养综合应用所学知识来指导实践的能力 4)．掌握常用元器件的识别和测试 5)．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 3、电路仿真 电路设计完成后，用仿真软件Multisim进行电路的仿真，记录仿真过程，分析仿真结果，对电路进行完善。 电路安装、调试 进行电路的焊接 二 实验原理 1、 原理框图 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。 2、各组成部分的工作原理 a) 方波---三角波转换电路的工作原理 方波—三角波产生电路(线6处输出电压UT、7处输出电压为Uo2) \ 工作原理如下： 若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、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 U+=[R1/(R1+R2)]*(+Vcc)+[R2/(R1+R2)]* Uia=0 将上式整理得比较器翻转的下限门Uia-为 Uia-=-(R1/R3)*Vcc 若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上限门Uia+为 Uia+=(R1/R2)*Vcc 比较器的门限宽度Uh=2(R1/R3)*Vcc a点断开后，运放A2与R6、R12、C1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Uo2=[-1/(R6+R12)]*∫Uo1 (dt) 　时，Uo2=[-Vcc/(R6+R12)C1]*t 时，Uo2=[ Vcc/(R6+R12)C1]*t 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. 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Uo2=(R1/R2)*Vcc 方波-三角波的频率f为 F=[R2/4R1(R6+R12)*C1] 由以上两式可以得到以下结论： 电位器R12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C1改变频率的范围，P12实现频率微调。 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。 b) 三角波---正弦波转换电路的工作原理 图为实现三角波——正弦波变换的电路。 c) 电路的参数选择及计算 1、方波-三角波参数 Uo2=Uo1*R1/R2(1/C)∫[Uo1/(R12+R6)](dt) 根据方波Upp20V,三角波Upp=6V 三角波的频率F为 F=[R2/4R1(R6+R12)*C1]可见F与C成反比 ，若要得到10HZ—10KHZ,C1为0.001 ， Uo1=Vcc,所以R1/R2=Uo2/Vcc=3/12=1/4 设R1=5.1K,则R2=20K,R6=1K. 2、三角波—正弦波参数 恒电流由R11提供，恒定电流：Io=Vee/R11、 差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。 3总电路图 三、电路仿真 a)方波——三角波发生的仿真 b)三角波——正弦波转换电路的仿真 四、电路的安装 1 方波---三角波发生电路的安装 1.按装方波——三角波产生电路 1. 把两块741集成块插入面包板，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 三角波---正弦波转换电路的安装 1.按装三角波——正弦波变换电路 1. 在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线； 3. 接入各电容及电位器， 4. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。 五、电路实验结果 频率范围 幅值 Uo1 Uo2 Vc1 Vc2 Ve1 Ve2