函数信号发生器设计

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1、课程设计课程低频与数字电路课程设计题目函数信号发生器设计院系电子科学学院专业班级学生姓名学生学号指导教师2008年7月19日大庆石油学院课程设计任务书9课程低频与数字电路课程设计题目函数信号发生器设计主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：设计能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号的信号发生器。基本要求：1.在给定的±12V直流电源电压条件下，使用运算放大器设计一个函数信号发生器。2.信号频率：1kHz～10kHz。3.方波：Vp-p≤24V，上升和下降时间：≤10ms；三角波：Vp-p≤6V，三角波失真度：≤

2、2%；正弦波：Vp-p>1V，正弦波失真度：≤5%。主要参考资料：[1]童诗白华成英.模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2001.[2]彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，1997.[3]孙梅生电子技术基础课程设计北京：高等教育出版社，1998.[4]高吉祥电子技术基础试验与课程设计北京:电子工业出版社,2005.[5]梁恩主梁恩维著《Protel99SE电路设计于仿真应用》清华大学出版社2000完成期限2008.7.19指导教师专业负责人2008年7月10日一、任务技术指标1：在给定的±912V直流

3、电源电压条件下，使用运算放大器设计一个函数信号发生器。2：信号频率：1kHz-10kHz。3：方波：Vp-p≤24V，上升和下降时间：≤10ms；三角波：Vp-p≤6V，三角波失真度：≤2%；正弦波：Vp-p>1V，正弦波失真度：≤5%；二、总体设计思想1.基本原理函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。电路形式可以采用由运放及分立元件构成；也可以采用单片机集成函数发生器。根据用途的不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。本实验采用由运算放大器电路及分立元件构成的函数发生器。由

4、下图可知本系统是由积分器和比较器同时产生三角波和方波。其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正、负极性的电位交替地反馈积分器去积分而得到三角波。该电路的优点是十分明显的：它的频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。2.系统框图9比较器积分器差分放大器三、具体设计1．滞回比较器：如图所示，为反相输入滞回比较器，用来产生方波，另一部分为积分运算电路用来

5、产生三角波，由于多个集成运放组成的应用电路，一般应首先分析没个集成运放所组成电路输出和输入的函数关系，然后分析个电路间的互相联系，在此基础上得出电路的功能。输入电压+UT=+R2/(R2+R1)*Uz,-UT=-R2/(R2+R1)*Uz,由于震荡周期为T=2*R3CLn(1+2R1/R2),考虑到若改变R2或者R1的值Ln函数的“波形”远远不如通过改变R3变的明显。所以把R3变为可变电阻（这样回损失精度），又因为要使个种波形幅值连续可调，所以把R1也变为可变电阻，这样前者与后者并不矛盾，因为我们可以让R3动R2不动

6、，或者R3不动R2动。以达到最佳的效果。2．积分运算电路输出电压的表达式为Uo=+uo(t0)其中uo(t0)为初态输入电压，设初态是uo1正好从-Uz跃变为+Uz，则可改写为Uo=同样积分电路反向也是这样分析。9由上面分析得，uo为三角波，幅值为UT，uo1为方波，幅值为Uz3．用差分放大电路实现三角波-正弦波变换电路波形变换的原理是利用差分对管的饱和与截至特性和差分放大器传输特性曲线得非线性进行变换。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，可以有效的抑制零点漂移。因此可将频率很低得三角波变换成

7、正弦波。如下为三角波-正弦波变换电路：在实现三角波-正弦波的变换的时候，为了使输出波形更接近正弦波可见传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅值Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。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,若要求输出频率范围较宽，可用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。三角波→9正弦波电路的参数选择原则是:隔直电容C3和C4和C5要取得较大，因为输出频率很低，取C3=C4=C5=470uF，滤波电容C6的取值视输出得波形而定，若含高次谐波成分较多，则C6一般为几

8、十皮法至0.1uF。Re2=100与Rrp4=100相并联，以减小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Rrp4及电阻*来确定。频率调节部分设计时,可先按三个频段给定三个电容值:100pF,0.01uF,0.1uF然后再计算R的大小。手控与压控部分线路要求更换方便。为满足对方波前后沿时间的要求，以及正弦波最高工作