函数信号发生器课程设计1Word文档格式.docx

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1）输出波形：

正弦波、方波、三角波等；

2）频率范围：

20～30kHz；

3输出电压：

方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U>

1V；

4波形特征：

方波tr<

10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD<

2%，正弦波失真系数THD<

5%；

5）单元电路设计，进行必要的计算；

6）电气原理设计，绘原理图（用EWB仿真工具绘图。

）；

对每一个电路都要进行计算仿真，并分析仿真结果。

函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。

由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图4.2.15所示。

图4.2.15函数信号发生器框图

（1）确立电路形式及元器件型号

1）方波→三角波电路的变换

图4.2.16所示为产生方波→三角波电路。

工作原理如下：

若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。

图4.2.16方波→三角波产生电路

由图4.2.16分析可知比较器有两个门限电压

运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为

当Uo1=+VCC时

当Uo1=-VEE时

可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图4.2.17所示。

图4.2.17方波→三角波波形

A点闭合，即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

方波→三角波的频率为

由上分析可知：

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。

②方波的输出幅度应等于电源电压。

三角波的输出幅度应不超过电源电压。

电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。

2）三角波→正弦波的变换

三角波→正弦波的变换主要有差分放大器来完成。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。

特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，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的非线性。

其非线性及变换原理如图4.2.18所示。

图4.2.18三角波→正弦波的变换原理

1传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；

2三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

图4.2.19为三角波→正弦波的变换的电路。

其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。

电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。

图4.2.19三角波→正弦波变换电路

整个设计电路采用如图所示。

其中运算放大器A1、A2用一只双运放μA747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319或双三极管S3DG6等。

取电源电压为±

12V。

根据以上设计，可画出方波-三角波-正弦波函数发生器电路图如图4.2.20所示。

图4.2.20方波-三角-正弦波函数发生器电路图

比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：

由于

因此

取R3=10kΩ,则R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1为47kΩ的电位器。

取平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。

因为

当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2为100kΩ电位器。

当19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。

取平衡电阻R5=10kΩ。

三角波→正弦波变换电路的参数选择原则是：

隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470μF，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1μF。

RE2=100Ω与RP4=100Ω，相并联，以减少差分放大器的线性区。

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。

利用仿真软件Multisim画出电路图，得出一仿真结果如图2-2-2

2-2-2仿真结果

上原理图中的

可以用来调节信号发生器的信号输出频率。

可以利用Protel软件将电路画出，生成PCB板模式，进行布局和布线。

作出一个函数信号发生器。

图见2-2-3：

2-2-3PCB制成图

图4.2.20所示方波-三角-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。

（1）方波→三角波发生器的装调

由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。

需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10KΩ，RP2取（2.5~70）Ω内的任一阻值,否则电路可能会不起振.只要电路接线正确,上电后,U01的输出为方波,U02的输出为三角波,微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求,调节RP2,则输出频率在对应波段内连续可变.

（2）三角波→正弦波变换电路的装调

按照图4.2.20所示电路，装调三角波-正弦波变换电路，其中差分放大器可利用课题三设计完成的电路。

电路的调试步骤如下：

1）经电容C4输入差模信号电压uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。

调节RP4及电阻R*，使传输特性曲线对称。

再逐渐增大uid，直到传输特曲线形状如图3-73所示，记下此时对应的uid，即uidm值。

移去信号源，再将C4左端接地，测量差分放大器的静态工作点I0、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。

2）将RP3与C4连接，调节RP3使三角波的输出幅度经RP3后输出等于uidm值，这时U03的输出波形应接近正弦波，调整C6大小可以改善输出波形。

如果U03的波形出现如图4.2.21所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：

①钟形失真如图4.2.21（a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小RE2。

②半波圆顶或平顶失真如图4.2.21（b）如示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*。

③非线性失真如图图4.2.21（c）所示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。

可在输出端加滤波网络（如C6=0.1mF）改善输出波形。

图4.2.21几种正弦波失真

（3）性能指标测量与误差分析

1、方波输出电压UP-P≤2VCC是因为运放输出级由NPN型与PNP型两种晶体管组成复补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。

2、方波的上升时间tr，主要受运算放大器转换速率的限制。

如果输出频率较高，可接入加速电容C1（图4.2.16），一般取C1为几十皮法。

用示波器或脉冲示波器测量tr。

本次实习是在黄河老师的悉心指导下完成的，通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”这句话的重要性与真实性。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。

也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。

他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。

在设计过程中碰到许多不同的问题，与理论有所差距，明白理论和实践还是有差距的，我们不能只学理论而不实践，要多结合理论进行实践，这样才更加理解掌握知识，把理论应用于实践，从实践中得出结论。

［1］王港元编《电工电子实践指导》2006年2月江西科学技术出版社

［2］华成英童诗白编《模拟电子技术基础》2006年5月高等教育出版社

［3］王永洪编《线性集成运算放大器及其应用》1989年2月机械工业出版社

［4］张郁弘庄灿涛著《晶体管运算放大器及其应用》1978年9月国防工业出版社

［5］谢嘉奎宣月清冯军编《电子线路（线性部分）》1999年6月高等教育出版社

课程设计评分表

学生姓名：

周树平班级：

063122学号：

22

课程设计题目：

函数信号发生器

项目内容

满分

实评

选

题

能结合所学课程知识、有一定的能力训练。

符合选题要求

（5人一题）

10

工作量适中，难易度合理

能

力

水

平

能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力

理论依据充分，数据准确，公式推导正确

能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等

能体现创造性思维，或有独特见解

成

果

质

量

总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。

说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理；

分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰

设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。

　格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准

有一定篇幅，字符数不少于5000

总分

100