函数信号发生器报告原理部份.doc

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1、函数信号发生器一、设计要求和指标1、连续可调频率范围为10Hz~100Hz。2、可输出三角波、方波、正弦波。3、三角波、方波、正弦波信号输出的峰-峰值0~5V连续可调。4、三角波、方波、正弦波信号输出的直流电平-3V~3V连续可调。5、输出阻抗约600Ω。二、函数发生器的基本原理函数发生器是能产生多种波形的信号发生器。如产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、阶梯波和调频、调幅等调制波形。一般至少要求产生三角波、方波和正弦波。产生各种信号波形的方法很多，其电路主要由振荡器、波形变换器和输出电路三个部分组成。如图1.1.1。图1.1.1函数发生器框图振荡电路主要产生具有一定频率要求的信号。

2、它决定了函数发生器的输出信号的频率调节范围、调节方式和频率的稳定度；在要求不高的场合，电路往往以需要产生的波形中的一种信号作为振荡信号。常用的振荡器有脉冲振荡器和正弦波振荡器。该部分主要考虑信号频率调节范围和频率的稳定度。波形变换器功能是对振荡源产生的信号进行变换和处理，形成各种所需的信号波形。重点考虑波形的失真问题，通过采取各种措施尽可能使波形失真减少。输出电路是对各路波形信号进行幅度均衡和切换，并完成信号幅度的调节、功能；重点考虑输出端的特性，如输出波形的最大幅值、输出功率和输出阻抗等。三、单元电路设计1、振荡电路振荡器形式很多，主要有正弦波振荡器和非正弦波振荡器两类；正弦波振

3、荡器的电路形式较多，有LC振荡器、桥式振荡器、RC移相振荡器等。LC振荡器一般用于高频电路，而桥式振荡器和RC移相振荡器通常用于低频电路。其特点是产生的正弦波的波形一般比较好，但频率调节范围比较小，幅度受频率变化的影响较大。非正弦波振荡器产生的是脉冲波，电路形式更多，简单、容易实现，一般用RC充放电特性形成振荡；往往同时能产生锯齿波或三角波，频率调节范围宽，幅度较稳定。1）方案选择方案一：利用集成运算放大电路也可实现产生方波和三角波的信号发生器，电路主要由比较器和积分器构成。图1.2.1是由RC无源积分器和比较器所组成的三角波、方波产生电路，它的特点是线路简单，但性能较差，尤其是三

4、角波的线性度和负载能力差。所以这种电路一般用于要求不高的场合。图1.2.1三角波、方波产生电路之一电路中，集成运算放大器由电阻R1、R2连接构成迟滞比较器，它形成的两个门限比较电压为：上限电压：下限电压：其中，Vz=VWZ+VD。VWZ和VD分别为稳压二极管的稳压值和正向导通电压。积分器和迟滞比较器构成振荡电路。设开始时Vo=+Vz，此时，集成运算放大器正输入端的电压为VT+；Vo电压通过R对C充电，Vc上升直到VT+，比较器翻转，Vo变为-Vz，集成运算放大器正输入端的电压也变为VT-，C通过R放电至VT-后比较器又翻转，如此往复振荡下去。这样VO输出为方波，VC输出为近似三角波

5、。波形如图1.2.2所示。图1.2.2由RC无源积分器振荡电路的信号波形由于三角波是电容C的充放电形成，电容的充放电是按指数规律变化的，并不是线性，所以三角波的线形不好。要获得比较好的三角波，时间常数RC必须取得很大，这样振荡频率将变得很低，如果要保证信号的频率，必须增大R1减少R2，三角波的峰值将变得比较小，一般取VOM≤0.2VZ。方案二：如图1.2.3电路采用有源积分器可有效解决三角波形线性不好的问题，故设计时选用该方案。图1.2.3三角波、方波产生电路之二电路中，有源积分器由运算放大器2A及其外围电路积分电容C和电阻R5、R7组成。有源积分器的输出通过R1接至比较器1A的正

6、输入端，积分器的输入电压由电位器分压取出，设RW与R6形成的分压系数为aw，则积分器的输入电压为Vi=±awVz。分压系数aw为：即积分器的输入电压Vi的峰值电压通过调节电位器RW，可从到VZ可调。设某时刻比较器输出VOZ=VZ，积分器的输入电压为+awVz。通过积分器积分使得VOS下降，比较器的正端输入电压Vi+跟随下降。当Vi+电压下降超过0V时，比较器将翻转VOZ=-VZ，Vi+突然变为负电压，此时为VOS的负峰电压-VOSM。VOSM的值为：比较器输出电压VOZ=-VZ又通过积分器使得VOS上升，当Vi+电压上升超过0V时，比较器又将翻转为VOZ=VZ，重复下一次的振荡。此

7、时VOS为正峰电压+VOSM。振荡器输出VOZ为方波，峰值为稳压二极管所限定的电压VZ，VOS为三角波的输出电压，VOSM为三角波的峰值。振荡器的波形如图1.2.4。图1.2.4RC有源积分器振荡电路的信号波形在VOZ=-VZ期间（为振荡半周期T/2），积分器的积分时间常数约为，输出电压VOS：可见，VOS对时间为线性。当VOZ由-VZ变为VZ时，VOS=VOSM，则振荡频率f为：代入，并整理得频率为：可见改变aWw可改变频率，RW为频率调节电位器。改变电容C也可调节