函数信号发生器的设计与调试

1、函数信号发生器的设计一、实验内容设计一个能产生三角波、正弦波、方波信号的函数信号发生器。二、设计要求基本要求：信号频率范围 1Hz20kHz正弦波峰峰值 3V 幅值可调方波峰峰值 5V 幅值可调三角波峰峰值 5V 幅值可调提高要求：输出频率范围上限1MHz，输出阻抗50欧三、实现方法参考（1）用分立元件、晶体管、集成运放等通用器件制作组成函数发生器，要求给出仿真结果，并利用测试工具给出几个常见的性能指标。（2）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。如美国马克西姆公司开发的新一代函数信号发生器ICMAX038，可以达到更高的技术指标。MAX038频率高、精度好

2、，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。（3）利用单片机配合D/A转换器实现。（4）利用专用直接数字合成芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率，具体实现可以采用CPLD或FPGA等芯片。（5）利用虚拟仪器技术，通过对声卡的控制实现各种信号的产生。四、实验原理图五、实验仿真（用multisim）方波充电时间T1为:  T1=(Rf +Rw2)Cf 放电时间T2为:     T2=(Rf +Rw1)Cf 波形的占空比D为: 

3、60;  D=T1/(T1+T2)调节电位器Rw,可以改变振荡频率,但三角波的幅值也随之变化.一般采用调节Rw来调节电路从而调节波形输出不失真。 三角波三角波和方波发生器  如把滞回比较器和积分器首尾相接形成反馈闭环系统,则比较器输出的方波经积分器积分可到三角波,三角波有触发比较器自动翻转形成方波,这样可构成三角波,方波发生器.由于采用运放组成的积分器电路,因此可以实现恒流充电,使三角波线性大大改善.充电时间T1为:  T1=2R1R4C/R2放电时间T2为:  T2=2R1R5C/R2波形的占空比为:  D=T1/(T1+T2)=1/(R5/

4、R4)调节R5可以调节占空比D.正弦波RC串,并联电路构成正反馈支路同时兼作选频网络,R1,R2,Rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节.调节Rw,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形.利用两个二极管D1,D2正向电阻的非线性特征来实现.且输出波形正,负半周对称.R3的接入是为了削弱二极管的非线性影响,以改善波形失真.电路的振荡频率    fo=1/2RC起振的幅值条件    RF/R1>2七.测量结果验算：对于图7所示电路，其性能指标的测量值如下表：表7-函数发生器性能指标测试C1=10F频率范围 10

5、0HZ1KHZ RP1变化范围 0100KC2=1F110KHZ147K频率f=1KHZ方波         方波Vp-p          Vtr22V          24V三角波Vp-p4.5V八.误差分析：(1)根据性能指标从而测量误差分别为：方   波:rvp-p=（24-22）/24=

6、8.33%rvtr=(29-24)/29=17.2%三角波:rvp-p=(6-4.5)/6=25%(2)误差分析1.输出电压Vp-p2Vcc，因为运放输出级是由NPN型或PNP型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。2.方波的上升时间tr，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容C1（C1一般为几十皮法）。可用示波器（或脉冲示波器）测量tr九.电路安装与调试技术：由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，在安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，A1的输出vo1为方波，A2的输出vo2为三角波，微调RP1，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，调节RP2，则输出频率连续可变。十.实验总结：1次实验掌握了方波-三角波函数发生器的工程设计估算方法，掌握了函数发生器的主要性能指标及其测量方法。尤其对如何改变函数发生器的波形的体会较深。2进一步熟悉了示波器，信号发生器和万用表