功率函数信号发生器地设计.doc

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1、功率函数信号发生器的设计一、概述函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过

2、整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波；也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。本实验要现频率围在1~10kHz连续可调输出并达到正弦波，方波，三角波输出电压幅值要求，功率放大部分达到最大不失真输出功率的要求围，用数字频率显示实现1~10kHz频率连续显示。二、方案论证设计一个功率函数信号发生器，使其能产生正弦波、三角波、方波，并能够对信号进行功率放大输出，且要求通过数字频率显示电路实时显示出信号频率。方案一：采用RC桥式文氏振荡电路产生正弦波，利用电压比较器将正弦波转化为方波，然后通过积分电路将方波转化为三角波，通过OCL电路对其进行

3、功率放大输出，最后通过数字频率显示电路实现波形频率实时显示。方案二：首先产生三角波-方波，再通过电路将三角波变成正弦波或者将方波变成正弦波，然后对信号进行功率放大输出，最后通过8位单片机（如AT89S51）及其外围电路进行信号频率显示。本实验采用的是方案一，通过RC桥式文氏振荡电路产生正弦波的方案易于实现，性价比较高，且通过数字电路显示信号频率可以增加对已学数电知识的掌握,故本实验选择方案一。三、电路设计1.总体电路组成部分本实验首先利用RC桥式文氏振荡电路产生正弦波，然后利用电压比较器电路把正弦波转化为方波，再利用积分电路把方波转化为三角波，利用波形变换电路调节波形幅

4、度的大小，最后信号频率可通过数字频率显示电路进行显示，原理框图如图1所示。图1总体电路原理框图2.函数发生部分电路函数发生部分电路主要由RC桥式文氏正弦波发生电路、电压比较器电路、积分器电路和OCL功率放大部分电路组成。1）RC桥式文氏正弦波发生电路由于频率要求围为1~10kHz连续可调，实现方法为将振荡频率围分为、、、四个频率段进行，通过计算分别确定电容和滑动变阻器的数值，由公式f=1/2πC(R4+R3)和f=1/2πCR3得,当滑动变阻器R的值选定为9K时，四个档位电容的值分别选定为16uF、1.6uF、0.16uF、0.016uF,具体计算过程如下：当C1=C8

5、=16uF，R3=R6=9，R4=R5=1时，振荡频率=1Hz；当C1=C8=16uF，R3=R6=0，R4=R5=1时，振荡频率=10Hz；当C2=C5=1.6uF，R3=R6=9，R4=R5=1时，振荡频率=10Hz；当C2=C5=1.6uF，R3=R6=0，R4=R5=1时，振荡频率=100Hz；当C3=C6=0.16uF，R3=R6=9，R4=R5=1时，振荡频率=100Hz；当C3=C6=0.16uF，R3=R6=0，R4=R5=1时，振荡频率=1000Hz；当C4=C7=0.016uF，R3=R6=9，R4=R5=1时，振荡频率=1000Hz；当C4=C7=

6、0.016uF，R3=R6=0，R4=R5=1时，振荡频率=10000Hz；由电路的起振条件A=1+Rf/R13得，Rf=2.2,R1=1,并通过在Rf回路串联两个并联的二极管，利用电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时二级管电流动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定，具体电路如图2所示图2频率连续正弦波发生电路1）方波、三角波输出部分电路在振荡电路产生正弦波的基础上对正弦波使用电压比较器电路可以得到方波，实现方法简单，电路连接易于理解，具体电路如图3。直接利用积分电路将方波转化为三角波，当输入为方波时，输出电压，通常在电容上并联一个电阻Ω加以限制，用

7、以防止低频信号增益过大，具体电路如图4。图3方波（电压比较器）电路图4三角波（积分）电路3)OCL功率放大部分电路根据功率放大的特点特性，选定实现功率在小围放大比较理想，OCL电路是用两个2N1711和2N1132A三极管进行互补输出，此时两端的最大不失真电压,的最大输出功率为，当可以忽略不计时，，可以基本实现最大不失真输出功率的要求围，具体设计电路如图5所示。图5OCL信号功率放大电路3.数字频率显示部分数字频率显示部分由时基电路、逻辑控制信号电路、锁存器组成。所谓频率，就是周期性信号在单位时间变化次数。若在一定时间间隔T测得这个周期性