1、內(nèi)蒙古師范大學(xué)計算機(jī)與信息工程學(xué)院低頻電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目簡易函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計指導(dǎo)教師張鵬舉職稱講師姓 名高佳玉學(xué) 號20091105558日 期2010-7-14簡易函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計摘要 信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形 電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波一方波，再將 三角波變換成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也P(guān)鍵詞 信號發(fā)生器；正弦波；方波；三角波；1設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個簡易波形發(fā)生器，能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。由分立元件和中小規(guī)模 運(yùn)放構(gòu)成。1.2設(shè)計技術(shù)指標(biāo)和要求（

2、1）頻率范圍：1-100Hz。（2）輸出電壓：方波=22V，三角波二8V，正弦波=1V。（3）根據(jù)上述要求選定設(shè)計方案，畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細(xì)的設(shè)計過程。（4）利用CAD軟件畫出一套完整的設(shè)計電路圖，并列出所有的元件清單。2工作原理2.1設(shè)計方案函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波 形的電路或儀器。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路 將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波一方波， 再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波一三角波，再 將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方

3、法。由比較器和積分器組成方波一三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三 角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn) 定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制 零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大 器傳輸特性曲線的非線性。圖1總設(shè)計框圖2.2工作原理2.2.1方波發(fā)生電路的工作原理此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為 反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，電路產(chǎn)生了自激振蕩。2.2.2方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理用集成運(yùn)算放大器組

4、成比較器和積分電路1積分電路和比較器之間形成負(fù)反饋， 當(dāng)負(fù)反饋不存在時，在比較器的輸出端輸入方波信號，則積分電路的輸出端輸出三角波。 當(dāng)負(fù)反饋存在時，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則比較器輸出方波，積 分電路輸出三角波。2.2.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理主要由差分放大電路來完成，差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能 力較強(qiáng)等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低 的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。3基本組成3.1方波-三角波轉(zhuǎn)換電路U2U1圖2方波三角波產(chǎn)生電路3.2三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路圖3三角

5、波一一正弦波的變換電路4設(shè)計步驟4.1步驟4.1.1方波三角波輸出電路設(shè)計通過選定的方案，選用比較器和積分電路產(chǎn)生需要的波形。畫出電路圖，連接電路 圖，把輸出接在示波器上檢測。當(dāng)負(fù)反饋不存在時，應(yīng)算放大器A1與R1、R2及R3、 RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器翻轉(zhuǎn)。A2與R4。、RP2、C1及R5 組成反向積分電路。當(dāng)在皿輸入方波時，在U2輸出一個上升速度和下降速度都相等的 三角波。當(dāng)負(fù)反饋存在時，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，電路的兩個應(yīng)放A1 和A2自激震蕩，而且電路形成負(fù)反饋，則比較器輸出方波，積分電路輸出三角波?；?動變阻器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率

6、時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C1改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調(diào)?；瑒幼冏杵鱎P1可 實現(xiàn)方波的輸出幅值微調(diào)，但會影響方波一三角波的頻率。4.1.2三角波一一正弦波轉(zhuǎn)換電路設(shè)計主要由差分放大電路來完成，差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能 力較強(qiáng)等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低 的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性RP3 調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP4調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE1用來減小差分放大器的線 性區(qū)。電容C2,C3,C4為隔直電容，C5為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出

7、波形。4.2電路的參數(shù)選擇及計算4.2.1方波三角波電路實物連線中，因為實驗室沒有0.1uf的電容，我們選擇了 0.01uf的。一開始很長 時間出不來波形，后來將我們改變了一些電阻值，RP1原來是10K的，我們通過實驗， 最終換成了 10K的滑動變阻器，然后把滑片滑到50%的位置，把RP2的滑動變阻器換成 了 20K的，把滑片滑到50%的位置，就順利得出波形。4R2(R4+Rp2)C i1取 R1=R2=R5=10K，R3=20K，R4=5.1K,RP1 為 10K 的滑動變阻器，RP2 為 20K 的滑動 變阻器。,“,R 2“_ U T -土 R 3 + R p1 U o 2 mf = R

8、+4R (R + RP )C24224.2.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路隔直電容C2、C3、C4要取得較大，因為輸出頻率很低，取C2=C3=C4=470uf，濾波 電容C5視輸出的波形而定，若含高次諧波成分較多，C5可取得較小，C5 一般為幾十皮 法至0.1微法。RE1=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分 放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R8確定。5整體框圖圖4三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路6設(shè)計所用器材表1器材統(tǒng)計表元件名稱元件型號數(shù)量直流穩(wěn)壓電源1臺雙蹤示波器1臺萬用表-1只運(yùn)放7412片電阻10K8只電阻100K1只電阻3K2只滑動變阻器4.7K1只滑動變阻器20K2只滑動變阻器330Q1只電容470p F3只電容0.1p F2只電容0.0川 F1只面包板1塊電源線若干8小結(jié)通過這次電路設(shè)計，我從中了解了信號發(fā)生器的原理和貫通了書上的知識，同時也 了解到了自己對于理論和實際應(yīng)用的統(tǒng)一。從電路連接的開始我們就遇到了很多問題，對于辛苦練出來的電路在得不到結(jié)果的 時候就會出現(xiàn)特別急躁的心理，而且不會自己排出原因。后來在老師的指點下我們現(xiàn)實 對分段的電路進(jìn)行試