函数信号发生器设计任务书Word格式.docx

函数信号发生器设计任务书Word格式.docx

《函数信号发生器设计任务书Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《函数信号发生器设计任务书Word格式.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

（2）培养根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。

通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

　　（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件；

初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

　　（4）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。

　　（5）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。

3.性能指标要求

（1）输出波形：

正弦波、方波、三角波等；

（2）频率范围：

10Hz～500Hz；

（3）输出电压：

方波Up-p<

=24V,三角波Up-p>

10V,正弦波U>

1.5V；

波形特征：

方波tr<

100μS，三角波失真系数THD<

2%，正弦波失真系数THD<

5%。

二、已知条件：

双运放358一只、三极管3DG6四只（β约为60）

三、函数发生器的具体方案

1.总的原理框图及总方案

图1函数信号发生器原理图

多波形信号发生器方框图如图1所示。

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。

并采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法：

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。

设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线性区要窄，输入的三角波的的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

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。

2.各组成部分的工作原理

2.1方波---三角波转换电路的工作原理

图2方波-三角波转换电路

图2为方波-三角波转换电路，其中运算放大器用双运放uA741。

工作原理如下：

若a点断开，运算发大器A1（左）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。

运放A2（右）与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出电压Uo2为

　当

时，

当

由此可见积分器在输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如下图3所示

图3方波--三角波波形关系

若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f为：

　　由以上两式可以得到以下结论：

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。

若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2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。

2.2三角波—正弦波转换电路工作原理

图4三角波—正弦波转换电路

图（4）为实现三角波—正弦波变换的电路。

其中Rp3调节三角波的幅度，Rp4调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。

电容C3,C4,C5为隔直电容，C6为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。

三角波-正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。

差分放大器采用单入单出方式。

三角波-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。

差分放大器传输特性曲线的非线性及三角波-正弦波变换原理如下图：

图5三角波-正弦波变换原理

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

上式中：

；

—差分放大器的恒定电流；

—温度的电压当量，当室温为25℃时，UT≈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。

为使输出波形更接近正弦波，由图5可知：

（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。

3.总电路图

整个设计电路如图6所示：

图6方波—三角波—正弦波函数信号发生器

四、电路的参数选择与电路仿真

本课题采用Multisim7作为仿真软件。

Multisim是InteractiveImageTechnologies（ElectronicsWorkbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

Multisim7通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路；

通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为；

借助高级电路分析,理解基本设计特征；

本课题使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

1.方波--三角波部分

参数选择：

取才C2=0.47μF，C2的取值很重要，按照你电阻的值，要取相应的值，取值不对，会直接影响到你波形输出与否。

调节RP1和RP2，微调Rp1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节Rp2，则输出频率在对应波段内连续可变。

方波-三角波电路的仿真：

在Multisim7中按方波-三角波转换电路图（图2）接线。

调节Rp1和Rp2到设定值，检查无误后，在正确位置接上示波器观察输出波形。

仿真电路图如下：

图7方波—三角波仿真电路图

2.三角波--正弦波部分

C4=470Μf,C5=C6=0.1μF；

R6=5.1KΩ（R6阻值只要大于5）

三角波--正弦波电路的仿真：

在Multisim10.1中按方波-三角波转换电路图（图4）接线。

保证参数正确，检查无误后，在正确位置接上示波器观察输出波形。

仿真电路图如下：

图8三角波—正弦波仿真电路图

方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图如下：

图9方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图

五、实验结果分析

方波—三角波—正弦波函数发生器电路是分成两个部分来做的，先做方波—三角波产生电路，再做三角波—正弦波变换电路，然后把两张图用线连接成一张完整的大图。

方波—三角波产生电路中的C1其实可以去掉不要的，如果要用的话，取值要比较小，这样才不会影响电路。

我的RP2的阻值是200Ω，开始设置的C2是0.1μF，但是总是出不来波形，后来老师说，C2的值太小了。

经过我多次的试验，发现0.47μF是最为合适的。

最后还要调节RP1和RP2，确保频率范围为10Hz～500Hz。

三角波—正弦波变换电路中C1=470μF，C5=C6=0.1μF，R6=5.1KΩ。

R6开始设的值是3.3KΩ，然后仿真就是没有波形出来，问了同学，研究了一会儿，也才知道，R6的阻值必须要大于5KΩ，这样之后才有波形出来了。

最后还是一样的，调节Rb1,，测试频率范围。

最后当两张图连在一起之后，不仅要看波形，还要测试输出电压：

1.5V。

当一切要求都满足之后，所有的函数发生器设计就完成了。

像做这种实验，要的必须是耐心，还有朋友的帮助，老师的指导，必须做到齐心协力，否则成功的几率是非常小的。

附录1：

电路原理图

附录二：

元器件清单

直流稳压电源：

一台

低频信号发生器：

低频毫伏表：

双踪示波器：

万用表：

一块

晶体管图示仪：

失真度测试仪：

电阻：

100Ω：

1个

1KΩ：

2个

2KΩ：

3.3KΩ：

5.1KΩ：

3个

10KΩ：

20KΩ:

滑动变阻器：

47KΩ：

200KΩ：

一个

电容：

0.1μF：

两个

0.47μF：

10μF：

470μF：

三极管3DG6:

四个

双运放358：

一只