函数信号发生器的设计(修正1

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1、函数信号发生器的设计组员：黄慧婷李婧刘磊题目：设计一个能产生方波，三角波，正弦波的函数信号发生器性能指标要求：频率范围：1KHz~10KHz连续可调输出电压：方波Upp≦24V，三角波Upp﹦8V，正弦波Upp﹥1V设计思路首先通过RC正弦波产生电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然后通过电压比较器将正弦信号转换成同频率的方波信号、通过积分器将方波信号转换成同频率的三角波，最后，接调幅网络后即可输出幅度、频率可调的正弦、方波、三角波信号。设计可分为RC振荡及选频网络、电压比较器产生方波、积分器积分、uA741放大四个模块。RC正弦波振荡电路及选频网络正

2、弦波电压比较器方波积分器正弦输出方波输出三角波输出1.RC振荡及选频网络正弦波振荡电路在没有加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。正弦波振荡电路的组成及分类放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡过程，使电路获得一定幅值的输出量。选频网络：确定电路的振荡频率使电路产生单一频率的振荡。正反馈网络：使放大电路的输入信号等于反馈信号。稳幅环节：使输出信号幅值稳定。分类：正弦波振荡电路常用选频网络所用的元件来命名，分为RC正弦波振荡电路，LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路三种。RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下

3、；LC正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上；石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路，其特点是振荡频率非常稳定。如图1所示R1，R2，C1，C2的串并联电路既是选频网络又是正反馈网络，通常取R1=R2，C1=C2；uA741为放大环节，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络。因此，通常选用引入电压串联负反馈的放大电路。两个1N4007组成稳幅环节。图1RC振荡及选频网络对RC串并联网络，其反馈网络反馈系数为：可见，当ω=ω0=1/RC或f=f0=1/2π

4、RC时，幅频响应有最大值为Fvmax=1/3，此时的相频响应为。在调节R和C的参数时，可实现频率谐振；在频率谐振的过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此，该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。对于振荡的建立及稳定过程分析如下：当ω=ω0=1/RC时，经ＲＣ选频网络传输到放同相端的电压Ｖｆ与Ｖｏ同相，即有φｆ＝０．这样放大电路和由Ｚ１和Ｚ２组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，满足相位平衡条件，则有可能振荡。若再满足Ａｖ＝１＋Ｒｆ／Ｒ１略大于３，则能在该网络内形成比较稳定的自激振荡元件参数计算及选取：Ａｖ＝１＋Ｒｆ／Ｒ１>3，取R1=1k,则R

5、f>3k，取Rf=5k即可满足。f=1/2πRC属于1k~10kHz，取R=100nF，则1.6k>R>160,故取R=10k.2.方波转换器方波是输出电压占空比为1:2的矩形波，因为矩形波输出电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态按一定的时间间隔交替变化，既产生周期变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。如图2为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC环节既作为延迟环节又作为反馈网络，通过RC充

6、放电实现输出状态的自动转换。图中滞回比较器的输出电压U0=±UT，阈值电压：±UT=±R1/(R1+R2)·UZ图2矩形波发生电路图2中通过R3对电容的正反向充电实现输出电压在高低电平之间的转换。电路中正向充电与反向充电的时间常数均为RC，而且充电总幅值也相等，因而在一个周期内UO=+UZ与U0=+UZ的时间相等，U0为对称的方波。所以方波转换电路如图3，输入为可调频率的正弦波，经由741构成的过零电压比较器，将周期性的正弦信号转换成同频率的方波信号。当Ｖｉ处于正半周期时，Ｖｐ＞Ｖｎ，又由于放大器开环增益接近无穷大，故输出Ｖｏ等于稳压二极管稳压值。当输入

7、Ｖｉ为负半周时，Ｖｐ＞Ｖｎ，输出达到负饱和。元件参数计算及选取：1N4749A稳压值为24V，适合输出幅度要求。图3方波转换电路3.三角波转换器在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。但是，一方面这个三角波的线性度较差，另一方面带负载后将使电路的性能发生变化。所以我们只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压，在其输出就得到三角波电压。由积分电路输入输出关系可知。输出相位改变１８０度，由周期性方波信号转换成同频率三角波信号。元件参数计算及选取：24V／RC约为8V，因此取R为3.3k，C

8、为100nF满足要求。图4三角波转换器总电路图