简易函数发生器设计.ppt

简易函数发生器设计与制作,要求实现的目标,基本部分：1.输出三角波，频率在20Hz-20KHz之间可调，输出幅度峰峰值约为+/-7V左右。2.输出与三角波同步的方波，频率在20Hz-20KHz可调。方波幅度约为+/-7V左右。发挥部分：1.输出与三角波同步的信号波形完整不失真正弦波，频率在20Hz-20KHz可调。,设计方案参考,参考方案一：先产生正弦波，而后比较器产生方波；再通过积分器或其它电路产生三角波；最后通过幅值控制和功率放大电路输出信号。此电路的正弦波发生器的设计要求频率连续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路的时间参数选择很重要，保证电路不出现积分饱和失真。,设计方案参考,参考方案二先产生方波，而后通过积分器或其它电路产生三角波，再用有源滤波器产生正弦波；最后通过幅值控制和功率放大电路输出信号。此电路的方波发生器的设计要求频率连续可调，输出要有限幅环节，积分电路的时间参数选择保证电路不出现积分饱和失真。,设计方案参考,参考方案三先产生方波，而后通过积分器或其它电路产生三角波，再用折先法将三角波转换为正弦波；最后通过幅值控制和功率放大电路输出信号。此电路的方波发生器的设计要求频率连续可调，输出要有限幅环节，积分电路的时间参数选择保证电路不出现积分饱和失真。参考方案四,设计方案参考,参考方案四先产生三角波，而后通过比较器产生方波，同时用折线法将三角波转换为正弦波输出。此电路的三角波发生器的设计要求频率连续可调，积分电路的时间参数选择保证电路不出现积分饱和失真。,1.简易函数发生器原理工作原理图,函数发生器的核心是VCO，它产生三角波和方波。,1.简易函数发生器原理工作原理图,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,FET构成的开关,FET导通时,R3RON,此时运算放大器工作与反向放大器,若R1=R2,则增益为-1。,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,FET构成的开关,FET截止时,R1到R2无电流流通,此时运算放大器工作于缓冲放大器,则增益为+1。,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,对于FET，这里使用N沟道FET，当偏置电压为其本身的夹断电压VP以上时，FET为截止状态(漏-源极间电阻值非常高)，而零偏置时FET为导通状态，漏-源极间电阻值为数百欧，也就是说，FET相当于开关作用。,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,开关FET导通时该电路工作于反相放大器(若R1=R2，则增益)，控制电压VC极性反转为VC。而FET开关为截止状态时，运算放大器的同相输入端直接串联电阻R3，若运算放大器的输入电流为零(实际上为几纳安数量级的电流)，则控制电压VC原样呈现在输出端。,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,而FET开关为截止状态时，若运算放大器不能正常工作时，要注意电阻R1和R2是否接好，当运算放大器正常反馈工作时二个输入端之间电位差应为零，因此，反相输入端电位为+VC，电阻R1中无电流流通。也就是说，该电路的工作状态相当于普通的电压跟随器，即增益为1.0的放大器。,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,D1为二极管,可选1N4148,Tr1零偏时导通.当D1右边为负时,二极管D1通,D1左边更负,Tr1截止.当D1右边为正时,二极管D1不通,D1左边为0,Tr1导通.,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,0_10V电压可由电源分压得到.,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路,上方是n沟道FET开关20KHZ的驱动波形，下方是运放A1的/-VC输出波形.20K对于运放是相当高的开关频率,因此开关出现延迟.,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路参数选择,决定极性切换电路的电阻R1和R2阻值，即R1R2即可，其阻值根据反转时输入电阻的阻值来决定。运算放大器构成的低输出电阻的电路对该电路进行控制时，R1和R2阻值可设定为数千欧以上，这里可选用10k电阻。,1.简易函数发生器原理运放构成的极性切换电路参数选择,电阻R3与FET开关的通/断之比有关，FET截止电阻与导通电阻ron相比应足够大(ron约为300欧时FET截止电阻为数十千欧以上)，R3阻值过大时，若运算放大器A的输入电容与杂散电容设定的常数接近开关频率，则电路会出问题。(可选R3=10K.),1.简易函数发生器原理积分电路,积分电路中运算放大器A2的输入电流i对电容C0进行充电，这时积分器输出电压变化率(斜率)由e0=-i/c(V/S)决定。也就是说，输入电流i越大，则每单位时间的电压变化越大。这就是输出波形的斜率即三角波的频率应与VC大小成比例。,1.简易函数发生器原理积分电路,若电路按原样积分，不久输出电压就达到饱和并接近电源电压。在饱和之前，积分电压达到某基准电压VR时极性切换电路反转，积分输入电流方向也反转，进行这种工作的就是比较器。在+VRVR之间重复这种动作，由此持续进行三角波振荡。,1.简易函数发生器原理积分电路(改善线性),使用运算放大器的积分电路高频特性不好，因此，对于标准的电路要接人一个与积分电容串联的电阻，从而改善振荡频率对于控制电压的线性关系，而R5的阻值由实验确定。,1.简易函数发生器原理积分电路(改善线性),R5的阻值由实验确定(可选2-5K可调电阻)。R5增大了A2的输出阻抗,后面可加缓冲放大器进行补偿.但对于数千赫兹的VCO电路,R5为0,可不接缓冲放大器.,1.简易函数发生器原理积分电路(改善线性),照片是积分常数为C02400pF，R010k情况下，R50与1.2k(线性最佳时R5的阻值)时频率特性(输入输出频率)之比较。R5=0情况下频率到数百千赫时增益线性衰减率(这是积分器的频率响应)为6dB/oct。最高频率为5kHz以下时不需要这种超前补偿。,1.简易函数发生器原理积分电路参数选择,电阻R0与电容C0的值由VCO的最高频率fmax决定，先决定容易得到的电容的值，再反过来计算R0的阻值即可。控制电压VC设定为+1V，振荡频率约为2kHz(它为最高频率的l/10)时振荡情况。,1.简易函数发生器原理积分电路参数选择,即开始积分器的补偿电阻(VR)设为0，控制电压VC设定为+1V，振荡频率约为2kHz(它为最高频率的l/10)时振荡情况。改变输入控制电压时，振荡频率也就跟着改变，若要频率准确一致，需要改变与固定电阻R0串联的半固定电阻(阻值为R0的1020)的电路。,1.简易函数发生器原理积分电路参数选择,现施加+10V的控制电压，本来应是理想的20kHz频率进行振荡，但由于运算放大器的响应时间的延迟，振荡频率变为20kHz以下。该电路约以16kHz频率进行振荡。调节与C0串联的补偿电阻R5(VR)，设定的振荡频率正好为VC=1V时频率的10倍(要注意，VR阻值随电容C0的值不同而异)。,1.简易函数发生器原理电压比较器电路,若电路按原样积分，不久输出电压就达到饱和并接近电源电压。在饱和之前，积分电压达到某基准电压VR时极性切换电路反转，积分输入电流方向也反转，进行这种工作的就是比较器。在+VR-VR之间重复这种动作，由此持续进行三角波振荡。比较器输出是与三角波同步的方波，但输出电压的振幅是由比较器输出的限幅电路特性决定的。比较器输出的ZD1和ZD2稳压管可选6.2V左右的稳压管.,简易函数发生器原理电路原理图,2SK30A,TL082,TL082,TL082,函数发生器的测试,函数发生器元器件清单,1、电阻：1K(1个)1.5K(1个)10K(6个)100K(1个)2、三极管：2SK30A(1个)3、二极管：1N4148(1个),4、运放TL082（2个）8脚集成块插座(2个)5、电容：2400P（1个）6、稳压管：6.2V（2个）7、电位器：1K（1个）5K（1个）8、其他：排针、夹子（红黑各2个）、电源线,K30A,折线法,若用运