函数信号发生器的设计电路-函数发生器电路

函数信号发生器的设计电路■函数发生器电路

北华航大工业学院

《电子技术》

课程设计报告

报告题R:信号发生器设计电路

作

设计一个能产生方波、三角波、正弦波得函数发生器，要求如下:

lo输出波形频率范围为20Hz〜20kHz且连续可调；

2。正弦波幅值为0〜5V之间可调，失真度小于2%；

3o方波幅值为。〜12V之间可调;

4.三角波峰值为0〜5V之间可调。

工作内容及时间进度安排

第13周:

周1—_周3:立题、论证方案设计

周4——周5:预答辩

第14周:

周1-------周3：仿真实验

周4---------周5:验收答辩

课程设计成果

1.与设计内容对应得软件程序

2o课程设计总结报告

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函数信号发生器的设计电路■函数发生器电路

内容摘要

本方案主要用集成运放LM324与UA741等元器件设计组成一个简易

函数信号发生器。该函数信号发生器主要由迟滞比较器、积分器电路、二阶RC

有源低通滤波器电路等三部份组成.

迟滞比较器电路形成方波，经积分器电路输出三角波，再经二阶RC有源低通

滤波器电路形成正弦波,通过电源实现】〜12V可调,经过电位器实现频率调节.

由此构成了一个简易得函数信号发生器。

本实验主要通过使用Multisim、protel软件等完成电路得软件设计。

关键字:集成运放方波三角波正弦波

目录

一、概述....................................................1

二、方案设计与论证.................................................2

1o方案....................................................2

2.方案二.......................................................2

三、单元电路设计与分析.............................................2

1.迟滞比较器3

2.积分器............................................3

3o低通滤波器...................................................3

四、总原理图及元器件清单.........................................4

五、结论............................................................6

六、心得体会........................................................6

七、参考文献.....................................................6

一、概述

通过集成运放构成迟滞比较器、积分器与低通滤波电路,依次分别输出方波、

三角波、正弦波。通过调节电压源或滑动变阻器,可改变波形得幅值与频率。

二、方案设计与论证

函数发生器一般就是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯

波等电压波形得电路或仪器.根据用途不同，有产生三种或多种波形得函数发生器,

使用得器件可以就是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），

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也可以采用集成电路（如单.片函数发生器模块8038）。

产生正弦波、方波、三角波得方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过

整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产

生三角波一方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。

1。方案一

采用分立器件实现电路组成，主要得部件有双运放UA741运算放大器、电压

比较器、积分运算电路、二阶低通滤波电路、选择开关、电位器与一些电容、

电阻组成.该方案由三级单元电路组成得，第一级单元可以产生方波，第二级可

以产生三角波，第三级可以产生正弦波.

2.方案二

采用集成电路实现，主要部件有高速运算放大器LM318、单片函数发生

器模块5G8038、选择开关、电位器与一些电容、电限组成.该方案通过调节

不同电位器可调节函数发生器输出振荡频率大小、占空比、正弦波信号得失真，

用产生精度较高得方波、三角波、止弦波，且具有较超得温度稳定性与频率稳

定性.

3.方案比较与选择

方案二采用芯片虽然精度较高，温度稳定性与频率稳定性比较好，而它们只能

产生300kHz以下得中低频正弦波、矩形波与三角波，且频率与占空比不能单独

调节，从而给使用带来很大不便，也无法满足高频精密信号源得要求。

uA741就是美国仙童公司较为早期得产品，由于其性能完善，如差模电压

范围与共模电压范围宽,增益高，不需外加补偿,功耗低，负载能力强，有输出保护等,

因此具有较广泛得应用。uA741这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护与

闭锁自由运作，可以方便得输出精度较高得方波、三角波、正弦波.

综上所述，本课题选用方案一。

三、总原理图及元器件清单

1。总原理图

多波形信号发生器方框图如下图所示：

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100kQ50%

Key=A方波发生电路仿

真模拟

物Oscilloscope-XSCl

^

，TimeCharmel_AChannel_BChannel_CChannel_D

T1

T21王28.348s11.118V

T2-

-Tl

ChameLATrigger

AExtr

Scale12ms/DivScalellOVQiv[工如k山

6

Xposition[o-Yposition|0。Level|-i|V

C

YA/BIA4BI

[/TAC|o||DC1-rrrSing」Nor.|Auto|[None|AExt|

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2、2三角波发生电路

在产生方波之后,利用此波形输入到一个积分电路便可输出一个三角波。由

于三角波信号就是电容得充放电过程形成得指数形式，所以线性度较差,为了能

得到线性度较好得三角波，可以将运放与几个电阻,电容构成积分电路。它得幅值

可通过调节Rpl来调节，频率可通过调节两个电位器进行调节.

二角波发生电路原理图：

角波发生电路仿真模拟

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2、3正弦波发生电路

正弦波电路就是由一阶低通滤波构成得，就是山方波经低通滤波电路滤掉高

次谐波分量，剩下基波分量，即一个与方波频率相同得正弦波，滤波电路中有同

相比例放大器就是因为低通滤波之后波形幅值减小，需要一个放大电路来达到

要求得幅值，这里可通过调节电位器来调节幅值与频率。

正弦波发生电路产生得波形频率为：

41/2兀RC

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在

Multisim101中可得到图所示得波形

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2、4方波一-三角波转换电路得工作原理

图为方波-三角波转换电路，其中运算放大器用双运放器741-D1V

工作原理如下：

(1)若a点断开，运算发大器A1(左)与R1、R2及R3、RP1组成电压比较

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器，运放A2（右）与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo

1,则积分器得输出电压U。2为

当时，

当时，

（2）若a点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-

三角波。

三角波得幅度为：

方波-三角波得频率f为：

由此可见积分器在输入为方波时，输出就是一个上升速度与下降速度相等得三角

波，其波形关系如下图所示：

三角波得幅度为：

方波一三角波得频率f为：

由以上两式可以得到以下结论：

1.电位器RP2在调整方波一三角波得输出频率时，不会影响输出波形得幅度。

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若要求输出频率得范围较宽，可用C1改变频率得范围，Rp2实现频率微调。

2.方波得输出幅度应等于电源电压+Vcc.三角波得输出幅度应不超过电源电压

+Vcco电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波•三角波得频率.

(3)参数得选择

1)幅度得选择

由于方波得幅值由电压源决定，为了得到12V得电压，输入电压为12V得双电

源,调节电压可调节方波得幅值范围。由于三角波得幅值与方波幅值得关系可知

调节电压源也可改变三角波得范围，同时电位器Rpl也可以实现幅度微调。

2)频率得选择

由频率公式可知，频率可通过调节电位器Rpl与Rp2来改变。通过实验可知，

得到20kHz得频率比较困难，两个电位器选择了100k欧，R3为22k欧,R4

为5、6k欧姆,R2选用了10k欧。理论上.通过计算可得到5、5kHz,但就是实

际上只达到了近5k欧，出现了误差，这可能就是由各个元器件存在误差导致得。

改进思路就是：如果要达到更大范围，需改变R3与R4,可就是改变一个

R3或R4值就会影响到整体得频率范围、，可实施性不强。只好通过电位器改

变,100k欧已经算比较大得电阻了,所以，只能考虑串联两个100k得电位器。在

Rpl与Rp2后分别再串联一个相同得出位器,就可能实现更大范围得频率要求。

2、5方波一正弦波转换原理

方波就是由一个与其频率相同得正弦波与许许多多高频谐波合成后得到得，方波

越理想化，其高频谐波分量越多，像里叶变换简而言之就就是：任意一个信号可

以用多个正弦波表示，将方波表达式用傅里叶级数展开，得到各个奇次谐波分量

如下：

41I1

/(/)二一[sin2〃〃+-sin6〃8+-sin107/+・・・+-sin2〃〃+…]

it35n

“二1,3,5,•一

让二阶低通滤波器得截止频率低于三次谐波频率即可，由上式可知,三次谐

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波得频率等于基波频率得三倍,由于本课题要求达到得最低频率为20Hz,但实

际上为40Hz左右，则让低通滤波器得截止频率等于100Hz即可。此二阶低通

滤波电路得截止频率为：

仁1/2兀RC

所以在设计低通滤波电路时选择了10k欧得电阻与100nF得电容，其中同相比

例放大器稳定工作得条件为

A-1+R8|R9<3

所以分别选择了15k与10k欧得电阻。

四.总原理图及元器件清单

1、总原理图

总仿真图:

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2、元器件清单

五、结论

双踪示波器1台本课

运放741—DIV2片题根据设

电位器100KQ2只计中要实

电容lOOnF3只现得功能,

电阻22kQ3只经过自己

电阻10KQ3只认真地分

电阻6、8kC2只析、实践,

LM3241只确立方案,

稳压二极管2只书写文档,

设计出电路，在设计过程中翻阅了大量资料，通过对所得得各种资料得综合

分析，提炼出自己需要得信息，从而提高自己得分析能力;通过对主要技术

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指标得分析，认真体会了设计时得各项技术政策;通过对设计时出