课程设计之函数信号发生器.docVIP

《模拟电子技术根底》课程设计

课题：函数发生器的设计

1、函数发生器的简介

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方涉及锯齿波、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)。为进一步掌握电路的根本理论及实验调试技术，本课题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。

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。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。

2、设计目的及任务

2.1设计目的

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。

2.2设计任务

设计—方波—三角波—正弦波函数发生器

3、设计要求及技术指标

3.1设计要求

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；

3.2技术指标

1．频率范围：在100－1KHz，1K—10KHz范围内可调；

2．输出电压：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ1V。

3．波形特性：方波tr＜10us(1KHz,最大输出时)，三角波γ?2%，正弦波?5%

4、设计总方案及原理框图

由比拟器和积分器组成方波—三角波产生电路，比拟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。

5、各组成局部的工作原理及各局部工作特性

5.1矩形波发生电路

5.2方波—三角波产生电路

调节电路中R1、R2、R3的电阻值和C的电容值，即可改变电路振荡频率，调节电路中R1、R2的电阻值，可改变电路矩形波和三角波的幅值。

方波—三角波产生电路

运放的反相端接基准电压，即U-=0。同相端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。比拟器的输出UO1的高电平等于+UOM，低电平等于—Uom，当比拟器的U+=U-=0时，比拟器翻转，输出Uo1从高电平+UOM跳到低电平—UOM，或从低电平-UOM跳到高电平+UOM。设+UOM=+VCC，-UOM=VEE，那么

将上式整理，得比拟器翻转的下门限单位为

假设UO1=-VEE，那么比拟器翻转的上门限电位Uia+为

比拟器的门限宽度UH为

由上面几个公式可得比拟器的电压传输特性，如下图。

A点断开后，运放A2与A4，RP2，C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波UO1，那么积分器的输出UO2为

UO1=+VCC时

Uo1=-VEE时，

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升斜率与下降斜率相等的三角波，其波形关系如下图。

A点闭合，即比拟器与积分器首尾相连，形成闭环电路，那么自动产生方波-三角波。三角波的幅度Uo2m为

方波-三角波的频率f为

由上面几个公式可以得出以下结论：

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。假设要求输出频率范围较宽，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。

5.3三角波—正弦波变换电路

根据三角波—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，因此可将频率很底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形。分析说明，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25℃时，≈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。

将Uid公式代入IC1公式或IC2公式，那么

利用计算机对上式进行计算，可得到如下的近似正弦波电流曲线，那么差