多功能信号发生器的设计与仿真 金牌.doc

多功能信号发生器的设计与仿真姓名： 学号：班级： 学院： 摘 要: 针对经济欠发达的西部地区学校经费不足的特点, 利用集成运算放大器 LM301, 设计出能产生正弦、 三角、 方波、 梯形、 锯齿波和尖顶波等多种波形的函数信号发生器, 且通过仿真很好地得到了各种波形。该函数信号发生器能满足一般的实验及演示的需要, 并且成本很低, 操作简洁方便, 具有一定的参考价值。关键词: 集成运算放大器; 三角波; 正弦波; 方波; 函数信号发生器Design and Simulation of Function Signal GeneratorAbstract: Aiming at characteristics of economic shortage in western, LM301 integrated operational amplifier circuit designis developed which can produce sine, triangular, square, trapezoidal, sawtooth waveform and other steeple wave of function signal generator. It can satisfy the needs of the experiments and demonstration by simulating, and the cost is low, operation succinct convenient.Keywords: integrated operational amplifier; triangular wave; sine wave; square wave; function signal generator一、前言信号发生器是实验室的基本设备之一， 目前广泛使用的是一些标准产品,虽然功能齐全、 性能指标较高, 但是价格较贵, 而且许多功能用不上。该设计以集成运算放大器为应用核心, 通过添加外围器件使之形成运算、正反馈电路, 并满足振荡条件, 产生一定的波形, 最后利用差分电路的传输特性将方波转换为正弦波。该仪器具有结构简单、成本低、 体积小、 于携带等特点, 虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器,但足以满足一般的实验要求。1.设计目的：（1）掌握信号发生器的设计方法和测试技术。（2）了解单片函数发生器ICL8038的工作原理和应用，了解8038内部组成原理。用模拟器件模拟电路。（3）学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。（4）在给定的 +12 V 直流电源电压条件下, 使用运算放大器设计并制作一个函数信号发生器。（5）具有产生正弦波、 方波、 三角波三种周期性波形的功能。 (6) 输出波形的频率范围 1 10 kHz 重复频率可调,频率步进间隔=50 Hz。(7)输出波形幅度范围: 方波: Vp-p =24 V , 三角波:Vp-p 1 V（方波上升和下降时间 = 10 ms, 三角波失真度 =2%,正弦波失真度 = 5%, 同时, 可按一定的步进 = 01 2 V( 峰-峰值) 调整。）(8) 具有信号大衰减功能, 可以把输出电压衰减 0.01 倍。(9) 利用占空比可调节, 可产生一些其他的波形。2.设计思路：采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、 结构简单等优点,先由积分器和比较器同时产生三角波和方波, 其中比较器起开关的作用, 将具有正、 负极性的电位交替地反馈到积分器, 通过积分得到三角波。用单片集成芯片ICL8038实现，但这种方案要求幅度和频率都可调，可采用数字电位器加程控放大器实现。经过分析, 本电路的优点有:( 1) 线性良好、 稳定性好。( 2) 频率易调。在几个数量级的频带范围内, 可以方便地连续地改变频率, 而且频率改变时, 幅度恒定不变。( 3) 三角波和方波在半周期内是时间的线性函数, 易于变换其他波形。同时差分放大电路具有工作点稳定、 输入阻抗高, 抗干扰能力强的特点。利用差分放大器的差模传输特性曲线具有非线性, 来进行电路波形的变换。图1 信号产生方框图二、器件简介ICL8038电路是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。通过调节外部电路参数还可以产生占空比可调的矩形波和锯齿波。因此，可以使用ICL8038器件或其电路原理设计电路，模拟出设计要求的多向可调简易多功能信号电路。缓冲电路是电压跟随器，缓冲电路是反相器，用于隔离波形发生电路和负载，以提高负载能力；电压比较器和电压比较器的阀值电压分别为2/3 VCC和1/3VCC，它们的输入电压为电容C 两端的电压，它们的输出电压分别控制RS 触发器的置位端和复位端；为得到在比较宽的频率范围内由三角波到正弦波的转换，内设一个由电阻与晶体管组成的折线近似转换网络（正弦波变换器），得到较低失真的正弦信号输出；RS 触发器的状态输出端用来控制电子模拟开关S，以实现对电容的充放电功能。图2 ICL8038原理框图图3 ICL8038实物管脚图三、硬件设计（元器件参数要有具体值，参数的计算方法）根据电路原理，可设计出以下可以实现课程设计要求的电路原理图：在图4所示电路中，u2、u3和u9分别输出三角波或锯齿波、正弦波、方波或矩形波电压。调节电位器RP1可以改变方波的占空比、锯齿波的上升时间和下降时间；调节电位器RP2可以改变输出信号的频率；调节电位器RP3和RP4可以调节正弦波的失真度，两者要反。此外调节电容或其他参数，皆可以改变输出信号。图4 由ICL8038组成的可调电路图ICL8038最常见的两种基本接法图5和图6：矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻至+。图5 和可分别独立调整图6 改变电位器滑动端的位置来调整和的数值参数计算：根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推出占空比的表达式为：；电流源对电容充电，充电电流为Is1=I；电容C放电电流为Is2-Is2=I四、仿真结果（对仿真结果要做分析，与理论分析做比较）图 7 三角波 方波 正弦波输出图图8 方波输出图图9 三角波输出图图10 正弦波输出图通过测试的数据证明,其三角波、 方波的表现又颇为突出, 通过改变三角波积分电容和电阻的方法, 还可以将频率覆盖进一步扩展至 10 Hz-100 kHz 左右。五、结束语（设计工作总结）。在多功能信号发生器的设计与仿真的设计中，我遇到了很多不知道的问题，从中让我体会到了理论与实际相结合的重要性，怎样从网络上找资料的重要性，如果你只注重理论学习而不去