函数信号发生器的设计

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1、咸阳师范学院课程设计说明书课程设计名称：电子技术（模拟电路部分）课程设计题目：设计制作一个方波—三角波—正弦波的函数转换器学院名称：物理与电子工程学院专业：电气班级：1103学号：06、14、45、46姓名：王啊静、陈涛，李旻娟、刘欣评分：教师：郗艳华20年月日一、实验方案方案一：采用传统的直流频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，且具有低相位噪声以及所有方法中最高的倍频分频混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂体积庞大成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。方案二：采用5

2、55集成芯片，外接部分电容及电阻，用调节电位器来调节整个装置的频率及满足实验要求的可调频率，调节555芯片接入的电压值来调节各波形的幅值，可使方波占空比可调。方案三：产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波转变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波——方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波——三角波，再将三角波变换成正弦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

3、积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由低通滤波器来完成。本实验选用方案三：采用集成运放UA741CD实现方波——三角波的转换，然后利用RC振荡电路产生正弦波。二、系统的组成本系统主要采用UA741CD芯片组成。UA741CD型运算放大器具有广泛的模拟作用。宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。此外，它还具有如下特点：（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模范围；（5

4、）低功耗。UA741CD芯片引脚如图1所示。1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源8空脚 图1图2RC正弦波振荡电路如图2所示。三、设计的具体方案1.总的设计框图与总的方案滤波器积分器比较器　　本课题采用由集成运算放大器与低通滤波电路共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。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低通滤波器来完成。2.单元电路的设计与工作原理2.1方波-三角波发生

5、电路图3.2.1方波—三角波产生电路由电压比较器和积分器构成的方波—三角波发生器如图2.1.1所示，积分电路的输出电压U2反馈至电压比较器的输入端，形成闭环，是电路产生自激振荡。由于采用了积分电路，使方波—三角波发生器的性能大为改善，不仅得到的三角波线性度比较理想，且振荡频率和幅值也便于调节。电路中若a点断开，运算放大器U1与R1、R3及R6组成电压比较器。运算放大器U2与R4、R7、C1及R5组成反向积分器。其输入信号为方波Uo1,则积分器输出电压Uo2为UO2=∫UO1dt当UO1=+VCC时，U

6、O2=t=t当UO1=-VEE时，UO2=t=t由此可见积分器在输入为方波时输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波其波形关系如下图3.2.2所示UO+VCCUO1R2/(R3+R6)UO2Ot-R2/(R3+R6)-VCC图3.2.2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：UO2m=VCC方波-三角波的频率f为：f= 由以上式子可以得到以下结论:1.方波的幅度由+Vcc和–Vee决定2.电位器R7在调整方波-三角波的输出频率时

7、,不会影响输出波形的幅度。3.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R6可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率。3.3三角波变正弦波电路三角波变正弦波电路是由低通无源滤波器构成。滤波器是一种选择装置，它对输入信号进行加工和处理，从中选出某些特定的信号作为输出。滤波器的输出与输入关系通常用电压转移函数H(S)来描述，电压转移函数又称为电压增益函数，它的定义如下 H(S)= 式中UO(S)、Ui(S)分别为输出、输入电压的拉氏变换。在正弦稳态情况下，S=

8、jω，电压转移函数可写成式中Hj(w)w表示输出与输入的幅值比，称为幅值函数或增益函数，它与频率的关系称为幅频特性；(ω)表示输出与输入的相位差，称为相位函数，它与频率的关系称为相频特性。幅频特性与相频特性统称滤波器的频率响应。滤波器的幅频特性很容易用实验方法测定。低通滤波电路，其幅频响应如图所示，图中

9、H(jωC)

10、为增益的幅值，K为增益常数。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止频率ωC的低频信号，而对大于ωC的所有频率则衰减，因此其带宽B=ωC│H