函数信号发生器设计报告.docx

函数信号发生器设计报告一、 设计要求设计制作能产生正弦波、方波、三角波等多种波形信号输出的波形发生器，具体要求：（1） 输出波形工作频率范围为2HZ200KHZ，且连续可调；（2） 输出频率分五档：低频档：2HZ20HZ；中低频档：20HZ200HZ；中频档：200HZ2KHZ；中高频档：2KHZ20KHZ；高频档：20KHZ200KHZ。（3） 输出带LED指示。二、 设计的作用、目的1. 掌握函数信号发生器工作原理。2. 熟悉集成运放的使用。3. 熟悉Multisim软件。三、 设计的具体实现3.1函数发生器总方案采用分立元件，设计出能够产生正弦波、方波、三角波信号的各个单元电路，利用Multisim仿真软件模拟，调试各个参数，完成单元电路的调试后连接起来，在正弦波产生电路中加入开关控制，选择不同档位的元件，达到输出频率可调的目的。总原理图：三角波方波正弦波RC桥式正弦波振荡电路比较器积分器3.2单元电路设计、仿真、RC桥式正弦波振荡电路图1：正弦波发生电路正弦波振荡器是在只有直流供电、不加外加输入信号的条件下产生正弦波信号的电路。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路四个部分。根据选频电路回路的不同，正弦波振荡器可分为RC正弦波振荡器、LC正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中，RC正弦波振荡器主要用于产生中低频正弦波，振荡频率一般小于1MHz，满足本次设计要求，故选用RC正弦波振荡器。产生正弦振荡的条件:确定R、C的值为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻Ri和输出电阻Ro的影响，应使R满足下列关系式：RiRRo，一般Ri约为几百千欧以上，Ro仅为几百欧以上。故确定Rmin=10K,针对不同档位设置不同的C：当fmax=20Hz时，由f=12RC，其中R=Rmin=10K，得到C0.79F；再将fmin=2Hz，C0.79F代入，得到R=99.5 K,所以将电阻R接成由固定电阻Rmin=10 K和120 K的滑动变阻器串联形式，使电路变成频率由fmin=2Hz到fmax=20Hz可调的正弦波发生电路；同理可以计算出20Hz200Hz、200Hz2kHz、2kHz20kHz、20kHz200kHz的R、C值。确定R1、RfRC选频网络对于频率f的放大倍数为F=1/3，而回路起振条件为AF=1。故放大电路的电压放大倍数A=(R1+Rf)/ R1=3，即Rf/R1=2，取Rf/R1=2。而Rf=RRp+R2/rd,其中，rd为二极管的正向动态电阻。实验证明，取R2rd时，既能够减少二极管特性的非线性而引起的波形失真，又能起一定的稳幅作用，取R2=5.1K，R1=24 K，Rp=45.5 K。Multisim仿真电路与结果：.方波发生电路从一般原理来分析,可以在滞回比较器电路的基础上,靠正反馈和RC充放电回路组成矩形波发生电路,由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态，高电平或低电平，两种不同的输出电平式RC电路进行充电和放电，于是电容上的电压降升高或降低，而电容的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变成放电过程或相反，如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方波信号。Multisim仿真电路与结果：.三角波发生电路在产生方波之后，输入到一个积分电路便可得到三角波。图中滞回比较器的输出电压Uo1=UZ，他的输入电压时积分电路的输出电压Uo，根据叠加原理，集成运放A1同相输入端电位UP1=R2R1+R2UO+R1R1+R2UO1=R2R1+R2UOR1R1+R2UZ令UP1=UN1=0，则阈值电压UT=R1R2UZ， 因此，滞回比较器的电压传输特性如图所示。积分电路的输入电压时滞回比较器的输出电压Uo1,而且Uo1不是+UZ,就是-UZ,所以输出电压的表达式为U0=-1R3CUO1t1-t0+uo(t0)式中uo(t0)为初态时的输出电压。设初态时UO1正好从-UZ跃变为+UZ，则上式应写成 U0=-1R3CUZt1-t0+uo(t0)积分电路反向积分，U0随时间的增长线性下降，根据图2的电压传输特性一旦U0=-UT，再稍减小，Uo1将从+UZ跃变为-UZ。使得上式变为U0=-1R3CUZt2-t1+uo(t1)uo(t1)为uo1产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，uo随时间的增长线性增大，根据图2的电压输出特性，一旦U0=+UT，再稍增大，uo1将从-UZ 跃变为+UZ ，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自激震振荡。由以上分析可知，uo是三角波，幅值为UT； uo1是方波，幅值为UZ ，如图所示，因此也可称图所示电路为三角波方波发生电路。由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。Multisim仿真电路与结果：3.3总电路图四、 心得体会及建议本课设根据设计中要实现的功能，经过认真地分析、实践，确立方案，书写文档，设计出电路，在设计过程中翻阅了大量资料，通过对所得的各种资料的分析，提炼出自己需要的信息，从而提高自己的分析能力；通过对主要技术指标的分析，认真体会了设计时的各项技术政策；通过对设计时出现的各种问题的分析与解决，锻炼了独立分析，进行工程设计的能力；通过对电路设计中的某些问题的较为深入的探索，培养了自己的科研工作能力；通过课设报