函数发生器资料

PAGEPAGE1电子线路设计与制作任务书【实验题目】：函数信号发生器的设计与制作【实验目的】：能在设计与制作实验的过程中，结合所学理论知识，进行电子应用电路的设计、组装与调试，以此来掌握使用模拟分立元器件和数字电路集成芯片设计一个函数信号发生器电路的方法和实践技能，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。【设计内容及要求】：1．设计任务设计并制作一个函数信号发生器电路。主要技术指标1）输出波形：正弦波、方波、三角波。2）频率范围：100HZ～１KＨz。1KHZ～10KHZ3)输出电压：方波Up-p≥20V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p>1V；4)波形特性：方波tr<10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数<2%，正弦波失真系数<5%。2．设计要求本设计制作实验要求用运算放大器与晶体管差分放大器共同组成方波—三角波—正弦波函数信号发生器。基本组成框图如图1所示。图1函数发生器电路组成框图1．提出函数信号发生器的设计方案，论证各自的优、缺点。选择其中一种加以详细的电路设计、选择元器件型号并确定元件参数，列出材料清单，画出电路图；2．利用EWB软件仿真或用面包板组装并调试电路，使其达到设计要求；3．也可用单片机进行函数信号发生器电路的设计。4．撰写实验报告

1电路的选择与设计1.1三角波变换成正弦波由运算放大器电路及分立元件构成，方波-三角波-正弦波发生器电路组成框图如图1所示，这里只介绍将三角波变换成正弦波的电路，常见电路如下：(a)方案1(b)方案2(c)方案3图1波形发生方案（1）用差分放大电路实现三角波-正弦波的变换波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示。由图可见，传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度使三角波→正弦波。一个实用的折线逼近正弦波转换电路如图6所示。其计算图见图7所示，该图是以正弦波角频率0度为0V，90度为峰值画出的三角波，0度~30度处，三角波和正弦波因为有着相同的电平值而重合，其余部分是，选择转折点为P，画出用折线逼近正弦波的直线段，由两者的斜率比定出电阻网络的分压比。每个转折点对应着一个二极管，而且所提供给各二极管负端的电位值应该是适当的。图6三角波-正弦波变换电路图7波形变换计算图1.2利用恒流源对电容充放电实现三角波利用恒流源对电容充放电可以实现三角波，其关键是需要一个恒流特性很好的恒流源和一个漏电很小、损耗和吸附效应很小的电容器，如聚苯乙烯电容器和聚四氟乙烯电容器，且电容量一般不超过1uF，原理电路如图8所示。工作原理：在K1打开、K2闭合阶段t=0~t1，电容充电至而在K1闭合、K2打开阶段t=t1~t2，电容放电至由此便可以得到三角波。图8对电容充放电实现三角波原理图图9利用恒流源对电容充放电产生三角波电路图9所示为其实用电路。A1和晶体管T1组成恒流源Io，Io=（15+Vi）/1.2K。A2和晶体管T2组成恒流源2Io，T3、T4为电流开关，改变控制电压±Vi的大小可同时调节两个电流源的电流，因而可以方便地实现三角波频率的控制。1.3利用积分电路形成三角波图10积分电路积分电路可以将方波转换为三角波，其输入输出函数关系为：Vo=-Vi/RC。但由于运放的输入电阻、开环增益、SR均为有限值，输入偏置电流IB，失调电流IOS及温漂等不可能为零，以及电容C本身的漏电等原因，实际的三角波的线性度不可能十分理想。方波、三角波发生器图11所示的方波、三角波发生器由积分器和比较器组成，其工作原理不作介绍，只作几点说明：图11方波三角波产生电路所示电路的周期为：T=4（R1+RW1）C（R2/R3），由此可知，改变电位器W1和电容C，或调节W3，均可改变频率。为了调节频率的方便，这里采用改变C作为频率的粗调，改变W1作为频率细调的方案。因调节W3将同时影响三角波的幅度，所以三角波的幅度一旦调好，W3就不再调节。调节W2可以改变E1的电位，而E1的大小对电容的充、放电的速度影响不同，将使三角波的上升、下降的斜率不等，从而可以改变三角波和方波的对称性。当计算稳压管限流电阻R4时，应考虑到：R4=[12-（Vz+0.7）]／Io，而Io=Io1+Io2+Io3+Iz。当Io1、Io2、Io3处于最大时，Iz仍应大于Izmin（通常为5mA）。1.4正弦函数转换器利用正弦函数转换器可以将三角波转换为正弦函数。这里介绍两种正弦函数转换网络，这两种正弦函数转换网络的基本设计思想都是将三角波进行逐段校正，使之逼近正弦波。如图12所示，在T/2内均匀的设置了六个断点，以作7段校正，所以每段所占的时间为T/14。若设正弦波过零点的斜率与三角波相同，即有Vom=2Vim/π≈0.64Vim。图12逐段校正法将三角波转换为正弦波由此可推算出各断点上应校正到的电平值：Vo1、Vo2、Vo3。设Vim=5v，Vom=3.18v，则其对应电路如图13所示，其基本结构是比例放大电路，只是按照图的要求，使运放A在不同的时间区段内，具有不同的比例系数，对不同区段的比例系数的调整，是通过二极管网络来实现的。如输出信号的正半周内有D1、D2、D3控制切换；负半周内有D4、D5、D6控制切换。电阻Rb1~Rb3与Rb4~Rb6分别组成分压器，控制各二极管的动作电平。在0~t1区段，要求D1~D6均不导通，此时，V0与V1的比例关系应为：由Vo1=1.38V，t1=T/14和Vim=5v可得：RF/RI=0.9。令Ri=10K，则RF=9.7K。②在t1~t2区段，要求D1导通，D2~D6均不导通，此时，V0与V1的比例关系应为：由Vo2-Vo1=2.49-1.38=1.11V，t2-t1=T/14和Vim=5v可得：(RF//Ra1)／RI=0.77，Ra1=33.5K。同时，为控制D1的动作电平，要求1点上得电平满足下列关系：设计时,为了避免Rb1对比例关系得影响，要求Rb1>>Ra1，所以上式又可以化简为：由此可得Rb1=545K。图13三角波正弦波转换电路1.5总的电路原理图综合考虑各种因素总的设计原理图如图14所示:图14总的原理图

2单元电路的比较与确定由运算放大器电路及分立元件构成方波-三角波-正弦波函数发生器:2.1用差分放大实现三角波-正弦波的变换电路如图所示图15三角-波正弦波的变换电路指标要求：频率范围1Hz~10Hz;10Hz~100Hz。输出电压方波Upp≤24V；三角波Upp=8V；正弦波Upp＞1V。三角波-正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C4、C5、C6的容量要取的较大，因为输出频率很低，一般取值为470μF，滤波电容C7视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C7可以取得较小，一般为几十皮法至几百皮法。RE2与RE4相关联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可以通过观测传输特性曲线，调整RP1及电阻R确定。2.2用二极管折线近似电路实现三角波-正弦波的变换电路如图所示图16函数发生器2指标要求：频率范围10Hz~100Hz,100Hz~1KHz,1KHz~10KHz;频率控制方式通过改变RC时间常数手控信号频率通过改变控制电压Uc实现压控频率（VCF）输出电压各波形输出幅度连续可调；频率调节部分设计时，可先按三个频段给定三个电容值：1000pF、0.01μF、0.1μF然后再计算R的大小，手控与压控部分线路要求更换方便。为满足对方波前后沿时间的需要，以及正弦波最高工作频率（10KHz）的要求，在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用SR值较大的运放（如LF353）。为保证正弦波有较小的失真度，应正确计算二极管网络的电阻参数，并注意调节输出三角波的幅度和对称度，输入波形中不能含有直流成分。3心得体会与传统的接受学习相比，设计性实验具有更强的问题性、实践性、参与性和开放性.第一次做设计性实验，刚开始束手无策，于是便向有经验的师兄师姐借鉴，同时通过查阅实验书本了解一些有关的内容.于是就开始了实验方案的设计:在做设计的过程中,首先是明确实验目的,弄清实验思路,把实验原理详细的表述出来.然后是查阅了很多实验的仪器使用方法和仪器的测量对象,最后定下了完成该实验所要用到的仪器.写出实验的具体步骤。

实验是通过自主独立地发现问题、设计实验、操作