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《电路与模拟电子技术》课程设计 课题名称 函数信号发生器 学院(部) 汽车学院 班 级 姓 名 鲁瑞 学 号 2201090511 指导教师 李民 日 期 2011年6月16日 一、任务和要求 1、设计并制作能产生正弦波、矩形波（占空比可调）和锯齿波等多种信号的函数信号发生器。 2、主要技术指标和要求 （1）输出的各种信号波形工作频率范围10Hz~10kHz，连续可调。 （2）输出的各种信号波形幅值0~10V，连续可调。 二、摘要 在生产实践中，广泛的采用各种信号，就其波形来说，可能用到正弦波和非正弦波，相应的，就会用到不同的信号产生电路，而不同波形的信号，又会相互转换。 本设计以简单易懂的形式制成多种函数信号发生器，函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如锯齿波、矩形波（）、正弦波的电路函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出、正弦波、波的简易发生器。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。最后分析出现误差的原因以及影响因素。 1．信号产生电路 〖方案一〗 由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。 这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。但是对于三角波的产生则有一定的麻烦，因为题目要求有10倍的频率覆盖系数，然而对于积分器的输入输出关系为： 显然对于10倍的频率变化会有积分时间dt的10倍变化从而导致输出电压振幅的10倍变化。而这是电路所不希望的。幅度稳定性难以达到要求。而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。 〖方案二〗 由矩形波产生电路产生矩形波，在通过积分电路把矩形波转换为锯齿波，再经过差动放大电路将锯齿波转换为正弦波。 该电路的优点是十分明显的： 线性良好、稳定性好； 频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变； 不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形； 三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。 综合上述分析，我们采用了第二种方案来产生信号。下面将分析讨论对生成的三角波和方波变换为正弦波的方法。 2．信号变换电路 三角波变为正弦波的方法有多种，但总的看来可以分为两类：一种是通过滤波器进行“频域” 处理，另一种则是通过非线性元件或电路作折线近似变换“时域”处理。具体有以下几种方案： 〖方案一〗 采用米勒积分法。设三角波的峰值为，三角波的傅立叶级数展开： 通过线性积分后： 显见滤波式的优点是不太受输入三角波电平变动的影响，其缺点是输出正弦波幅度会随频率一起变化（随频率的升高而衰减），这对于我们要求的10倍的频率覆盖系数是不合适的。另外我们在仿真时还发现，这种积分滤波电路存在这较明显的失调，这种失调使输出信号的 直流电平不断向某一方向变化。 积分滤波法的失调图（Protel 99 SE SIM99仿真） 而且输出存在直流分量。 〖方案二〗 才用二极管－电阻转换网络折线逼近法。十分明显，用折线逼近正弦波时，如果增多折线的段数，则逼近的精度会增高，但是实际的二极管不是理想开关，存在导通阈值问题，故不可盲目的增加分段数；在所选的折线段数一定的情况下，转折电的位置的选择也影响逼近的精度。凭直观可以判知，在正弦波变化较快的区段，转折点应选择的密一些；而变化缓慢的区段应选的稀疏一些。 二极管－电阻网络折线逼近电路对于集成化来说是比较简单，但要采用分立元件打接则会用到数十个器件，而且为了达到较高的精度所有处于对称位置的电阻和二极管的正向导通电阻都应匹配。实现起来不是很方便的。另外折线逼近电路的原理是应用电路传输的非线性，故作用于变换电路的输入信号的幅度必须是固定的。而且这个转换网络还有输出阻抗高的缺点。 二极管－电阻转换网络图 〖方案三〗 利用差分放大器的差模传输特性。设差放的集电极电流分别为和，输入差模电压为 ,发射极电流为,则晶体三极管工作在放大区时有： 由下图的传输特性曲线我们可以想象当输入为三角波时输出会得到近似的正弦波。 差放差模传输特性曲线图（Protel 99 SE SIM99仿真）