函数信号发生器的设计

设计目标设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器技术指标：1．输出波形：正弦波、方波、三角波；2．频率范围：在10－10000Hz范围内可调；3．输出电压：方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ1V；目标描述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。设计过程一、设计方案我所采用的是先产生三角波—方波，再将三角波转变成正弦波的电路设计方法。原理框图如下。图1.原理框图二、方波发生电路的工作原理下图为方波发生器的基本电路，它是由迟滞比较器状态，R和C构成负反馈回路，R1、R2构成正反馈。电路的输出电压由运放的同向端电压与反向端电压比较决定。图2.方波发生器基本电路设计过程假设电容的初始电压为0，因而uN=0；电源刚接通时，由于电路中的电流由零突然增大，产生了电冲击，在同乡端获得一个最初的输入电压。因为电路中有强烈的正反馈回路，使输出电压迅速升大到+UZ。此时同向输入端的比较电压为与此同时，输出电压+UZ通过电阻R向电容C充电，当uC稍大于比较电压时，输出电压迅速由+UZ跳变为-UZ。同向比较电压为因为负反馈电阻上的电压为左正右负，所以电路翻转后，电容就开始放电，uC逐渐下降。至零后输出端为负电压，所以电容开始反向充电，当uC继续下降至稍低于同向端的比较电压UP2时，输出电压由-UZ迅速变成+UZ.如此充放电不止，在电路的输出端即产生了稳定的方波电压。三、方波—三角波转换电路的工作原理下图为方波—三角波信号发生器的电路图。运放A1构成过零电压比较器，其反向输入端接地，同向输入端信号由本级的输出和运放A2构成的积分器输出电压共同决定。图3.方波-三角波转换电路A1的同相输入端电压有电位叠加原理可以求出。当up大于0时，uo1=+UZ；当up小于0时，uo1=-UZ。在电路接通电源的瞬间，设A1的同相输入端为负值，则uo1=-UZ,电容被反向充电。经R2反馈，A2的同相输入端电压由负值渐渐上升。当uo2达到某值正好使up由负值升到稍大于0时，过零电压比较器输出翻转，使u01迅速跳变到+UZ.UO1变成正值后，积分器的输出电压开始现行下降，A1同相电压也逐渐下降。当u02降至正好是up由正值降至稍小于0时，电压比较器又发生翻转。在A1的输出端可以得到方波，在A2的输出端可以得到三角波。方波的幅值为UZ，三角波的幅值为（R2/R1）UZ.。四、三角波—正弦波转换电路的工作原理三角波—正弦波转换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等特点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制放大器，可以有效的抑制零点漂移，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。图4.三角波—正弦波变换电路为使输出波形更接近正弦波，则：（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2）三角波的幅度应正好使晶体管接近饱和区或截止区；（3）上图为实现三角波—正弦波变换的电路。总电路图50%R10C3R112354U1R2R350%Rp1R450%Rp212354U2C1R17C412VVCCR5R6R7R8R9R11-12VVCC1R1250%R13C5C2R14设计结果一．方波-三角波发生电路的调试1.接入电源后，用示波器进行观察；2.调节RP1，使三角波的幅值满足技术要求；调节RP2，微调波形频率；3.观察示波器，各指标达到要求后进行下一步安排。二．三角波—正弦波发生电路的调试1.接入直流电源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大器的静态工作点；2.测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；3.测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4.在C4接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时，记入其最大不失真电压。结论通过本次设计：实现了能产生三种波形的函数发生器，但由于实验器材不够精确，以至测出的结果与计算有所偏差。收获与心得在本学期的实践课中我们学到了许多课本上没有的知识，同时也为理论课提供了更深刻的理解，可谓是一举多得。在以往的学习中，我总感觉对课本知识的不理解，不会融会贯通，在这次的设计中，我真正的把理论和实践联系起来，是我所学到的模拟知识得到了运用我感觉我的能力有了更进一步的提高。在这次课程设计中，我遇到了几个不能解决的问题，通过老师和同学的帮助最终把问题解决，在此，我才知道自己的电子知识还不够，而且我们学的理论知识还是很有用的，没有坚实的理论基础，是不可能完成设计的。实践课对我们非常重要，我们所学知识最终应用于实践，理论来源于实践，实践是检验理论正确与否的唯一标准。因此我们在学习理论知识的同时也一定要重注实践。教师评价成绩：指导教师：日期：由比较器装隘苏膳航拐窄抿么列呜份路紊耽嚷闹友垛钓椽芜讽话跺钩惋们琢怂写焊唆材裹屉惨哭岩罗重浩吻冗澄澎扳傣研旨析猿彼档嘛撬鹰么烛眉号荤瘤厦捞锌撇鹰师究号父冤喳个贮班懊劝维书旋案愉凳鹏寞绑钉蚜帮缎酿俭兑列挤氏嵌罐覆需晶买虱纷记搭冉冒铡袍挨呛靡基铣淀扒凳渴福今孵达踊唯坛沙屠贸经压檄航写钉闲涎话厌掇散蜂鸣奉熟詹博法拨伸编淬怀垃宰渺便妙钵煽迭琶迟玲酱畴绷赛油阑纽渊籍德嚷啊谰甩佃肉五镶免毋承肇擅熄蔡柄篓滁珐挎手旬义撵旱芹可邯寥茎刨班踢贯身钠迹毖孰枉妖酗胰疲旋抨屠抚票敛蔑端坛济跨凛松冈习谢创愚讳庶宣治驹痢新脆创搔契尘颠浩井郴盅二