课程设计---函数信号发生器设计报告.doc

函数信号发生器设计报告 设计要求： 设计一个方波-三角波-正弦波函数发生器，要求： 频率范围 1-10Hz，10-100Hz 2、输出电压 方波 Upp≤24V；三角波 Upp=8V；正弦波 Upp1V 3、波形特性 方波 tr100μs；三角波非线性失真系数 yΔ26；正弦波非线性失真系数 y～5% 二、设计的作用、目的 1、使学生进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力。 2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 3、学会运用Multisim仿真软件对所作出的理论设计进行仿真测试，并能进一步完善设计。 4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 三、设计方案的思路 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 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。 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 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。 四、函数发生器的具体方案 4.1、函数发生器设计原理 函数发生器组成框图，主要有RC桥式振荡电路，过零比较器，积分器三大主要模块电路构成。 经过RC桥式振荡电路产生正弦波波 ，再经过零比较器产生方波，然后由积分器产生三角波。其总的原理设计框如图： 4.2、正弦波产生电路 在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，所以电路中必须引用正反馈；二要有外加选频网络，用以确定振荡频率。 在正反馈过程中，X。越来越大。由于晶体管的非线性特征，当X。的幅值增大到一定程度时，放大倍数的数值将减小。因此，X。不会无限制的增大，当X。达到一定数值时，电路达到动态平衡。这时，输入量通过反馈网络产生反馈量作为放大电路的输入量，而输入量又通过放大电路维持着输出量 、 正弦波振荡的条件为: 由上图得出正弦波振荡的条件为： 根据RC串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC正弦波振荡电路的振荡频率为： ； 振荡的幅度平衡条件| |是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足的幅度条件。 已知当时，，由此可求得振荡电路的起振条件为： 同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为： （即 RF=2R′） 调频和调幅原理 调频原理：根据RC振荡电路的频率计算公式可知，只需改变R或C的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。 调幅原理：本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。 RC串并联网络的频率特性可以表示为 令则上式可简化为，以上频率特性可分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下： | | ， 正弦波Multisim电路仿真图： 结果输出图： 4.3、正弦波——方波工作原理 用过零比较器将正弦波转换为方波。过零比较器的电压传输特性如下： Multisim电路仿真图： 结果输出图： 4.4、方波——三角波工作原理 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 积分器的输出Uo2为　 　时， 时， 其幅度为 方波-三角波的频率f为 　　 Multisim电路仿真图： 结果输出图： 4.5、三角波——正弦波转换电路的工作原理 可以通过低通滤波电路，或者带通滤波电路实现三角波和正弦波的转换。 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