函数发生器课程设计.docx
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函数发生器课程设计
目录
1绪论3
1.1课题描述3
1.2基本工作原理及框图3
2各部分电路设计3
2.1方波电路的工作原理3
2.2方波---三角波转换电路的工作原理4
2.3三角波---正弦波转换电路的工作原理7
2.4电路参数选择及计算9
总结11
致谢12
参考文献13
1绪论
1.1课题描述
函数发生器是一种多波形的信号源。
它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。
有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。
函数发生器有很宽的频率范围，使用范围很广，它是一种不可缺少的通用信号源。
可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。
随着近年来通信技术的发展，有线无线信号的应用给我们生活带来了很多不可替代的方便，当然信号的产生在其中起着至关重要的作用，函数发生器也正是这个过程中不可或缺的，它原理简单但应用广泛、价格低、体积小、又能产生各种各样的波形，很大程度上满足了人们需求。
1.2基本工作原理及框图
电路原理框图如图1所示。
图1电路原理框图
2各部分电路设计
2.1方波发生电路的工作原理
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC回路即作为延迟环节，有作又反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
设某一时刻输出电压U0=+Uz，则同向输入端电位Up=UT。
U0通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。
反相输入端点位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+UZ；但是，一旦Un=+Ut，再稍增大，U0从+Uz跃变为-Uz，但是，一旦Un=-Ut，再减小，U0就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。
上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
2.2方波——三角波转换电路的工作原理
方波---三角波设计原理如图2所示。
图2方波---三角波设计原理
方波---三角波波形图如图3所示。
图3方波---三角波波形图
工作原理如下：
若a点断开，运放放大器AI与R1及R2、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加比较器的翻转。
运放的反向端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称平衡电阻。
比较器的输出U01的高电平等于正电源电压+Vcc。
设U01=Vcc，则
+
=0
（1）
将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为
Uia-=
（2）
若Uo1=-Vee，则比较器翻转的上门限电位Uia+为
（3）
比较器的门限宽度
有以上公式可得比较其电压传输特性。
a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反向积分器，其输入信号为方波Uo
1,则积分器的输出Uo2为Uo2=
Uo1=+Vcc时：
（4）
Uo1=-Vee时，
（5）
可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如图.
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
（6）
方波-三角波的频率f为
（7）
由以上两式可以得到以下结论：
1.电位器PR2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。
若要求频率的范围较宽，可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。
2.3三角波——正弦波转换电路设计
三角波—正弦波转换总电路如图4所示。
图4三角波—正弦波转换总电路
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，可以有效地抑制零漂移，因此可将频率很低的三角波变成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非曲线性。
分析表明，传输特性曲线的表达式为：
Ic2=aIe2=aI0/（1+eUtd/Ut）Ic1=aIe1=aI0/（1+e-Utd/Ut）
式中a=Ic/Ie≈1
I0----差分放大器的恒流电路；
Ut----温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mv
如果Uid为三角波，设表达式为
Uid=4Um（t-T/4）/T（0<=t<=T/2）（8）
Uid=-4Um（t-3T/4）/T（T/2<=t<=T）（9）
式中Um---三角波幅度；
T---三角波的周期。
为使输出波形更接近正弦波，由图可见：
（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应正好是晶体管接近饱和区或截止区；
（3）因为实现三角波-正弦波变换的电路。
其中Rp1调节三角波幅度，Rp2调整电路对称性，其并联电阻RE2用来减小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，以滤除谐波分量，改善输出波形。
三角波---正弦波变换电路如图5所示。
图5三角波---正弦波变换电路
三角波---正弦波波形图如图4所示。
图（4）三角波---正弦波波形图
2.4电路的参数选择及计算
1.方波---三角波中电容C1变化（关键性变化之一）
实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf，时，顺利得出波形。
实际上分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。
2.三角波---正弦波部分
比较器A1与积分器A2的元件计算如下。
即
取R2=10KΩ,则R3+RP1=30KΩ,R3=20KΩ,，RP1为47KΩ,的电位器。
区平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10KΩ
f=
即
当1Hz<=f<=10Hz时，取C2=10μF，则R4+PR2=（75~7.5），R4=5.1KΩ,为100KΩ电位器。
当10Hz<=f<=100Hz时，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。
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要取得较大比较，因为输出频率很低，取C3=C4=C5=470μF，滤波电容C6视输出的波形而定，若汉高次谐波成分较多，C6可取得较小，C6一半为几十皮法至0.1微发。
RE2=100欧姆与RP4=100欧姆相并联，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
2.4总电路图
三角波---方波---正弦波函数发生器实验电路如图5所示
图（5）三角波---方波---正弦波函数发生器实验电路
先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。
总结
在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
在这个设计里面，我本着节约、方便、简单的原则，设计了函数发生器，完成了设计要求。
电路设计合理、安全、可靠，且性能良好。
致谢
本课程设计进行过程中得到栗红霞老师的悉心指导。
课程设计过程中，李老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。
李老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。
再多华丽的言语也显苍白。
在此，谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
首先，在本课题的设计过程中，我的指导老师栗红霞老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。
其次，我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
是他们为我提供了良好的学习工作环境，让我从中获得了很多很多。
最后，在这课程设计结束之际，我还要感谢默默奉献的科技教育技术人员，他们为我们提供了很好的学习平台。
在他们这些“伟人”的肩膀上我们可以看的更远，进步更快，学的更精。
参考文献
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[2]王毓银.脉冲与数字电路（第三版）[M].高等教育出版社，1999.
[3]路勇.电子电路实践及仿真（第一版）[M].清华大学出版社，2004.
[4]岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）[M].西北工业大学出版社，2001.
[5]刘常澍.数字逻辑电路（第一版）[M].国防工业出版社，2002.
[6]萧宝瑾.protel99SE操作指导与电路设计实例（第一版）[M].太原理工大学，2004.
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