简易信号发生器课程设计报告书

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1、可编辑版数字电子技术基础课程设计报告设计题目：简易函数信号发生器完成人：王鹏仇佳慧班级：13表一学号：201314040108201314040109指导教师：许金刚成绩：Word完美格式可编辑版一、设计任务和要求（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；（2）输出信号的频率要求可调；二、设计内容设计一个电路能够产生正弦波、方波和三角波等三种波形。三、主要参考资料模电电子技术基础（第四版）清华大学电子学教研组编童诗白华成英主编高等教育出版社内容一，函数发生器总方案及原理框图1.1原理框图1.2函数发生器的总方案Word完美格式可编辑版函数发生器一般是指能自动产生正弦

2、波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，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。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变换成方波，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

3、波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如上图所示：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。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时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。二，各部分电路设计及总电路图3.1方波发生电路的工作原理Word完美格式可编辑版用迟滞比较器构成的方波产生电路如图3-1所示，图中，R和C为定时元件，构成积分电路它把输出

4、电压反馈到集成运算放大器的反向端，RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络。通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。比较器主要部件为uA741芯片（相关信息将在后续章节介绍）。当Uo=UoH=+Uz时,电容C充电，电流流向如图3-1（a）所示，电容两端电压Uc不断上升，而此时同相端电压为上限门UT+。当Uc＞UT+时，输出电压变为低电平Uo=UoL=-Uz,使同向端电压变为下限门电压UT-，然后电容C开始放电，电流流向如图3-1（b）所示，电容上的电压不断降低，当Uc降低到Uc＜UT-时，Uo又变为高电平UoH,电容又开始充电但是，上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。（a

5、）（b）图3-1方波产生电路3.2方波---三角波转换电路的工作原理Word完美格式可编辑版如果用线性积分电路代替方波产生电路的RC积分电路，则电容器两端就可获得理想的三角波输出。其电路图如3-2所示。波形如图3-3所示。若反馈网络断开，运算发大器A1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。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（

6、+Vcc

7、=

8、-Vee

9、）,当比较器的U+=U-=0图3-2方波——三角波产生电路W

10、ord完美格式可编辑版图3-3电路输出波形时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则（3-2-1）将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为(3-2-2)若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为(3-2-3)比较器的门限宽度(3-2-4)Word完美格式可编辑版反馈网络断开后，运放A2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Uo2为　(3-2-5)　时，(3-2-6)时，(3-2-7)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

11、角波，其波形关系如图3-2所示。反馈网络闭合，既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(3-2-8)方波-三角波的频率f为(3-2-9)3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理Word完美格式可编辑版图3-4三角波——正弦波电路图三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。分析表明，传输特性曲线的表达式为：（3-3-1）式中　　：差分放大器的恒定电流（约为1mA）。：温度的电压当量，当室温为25℃时，UT≈26mV。Word完美格式可编辑版如果Uid为三角波，设表达式为