压控函数发生器课程设计报告修订版

1、电子技术课程设计（模电）专业_班级_姓名_二一二年十月压控函数发生器的设计目 录一、课程设计内容及方框图21、课程设计内容22、方框图2二、方案选择2三、框图工作原理3（一）各框内电路独立设计3（二）方波-三角波：10四、仿真调试12（一）仿真过程12 1、方波-三角波122、 三角波-正弦波14（二）实验过程151、方波-三角波152、 三角波-正弦波17五、参考文献18附件一：器件表19附件二：总图19压控函数发生器一、课程设计内容及方框图1、课程设计内容 设计一个压控函数发生器，可以产生方波、正弦波和三角波。 要求：（1）输入信号：的直流电压 （2）输出信号：三角波电压为；正弦波为；方波

2、为 （3）输出信号频率：0-10KHz；频率转换误差小于30Hz2、方框图非线性转换器积分电路极性变换跟随器 施密特比较反馈a 输出三角波b输出方波C输出正弦波为二、方案选择函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形，其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路，本课程设计主要研究由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波-三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如正弦波震荡-对称波形-三角波对称波形-三角波-正弦波三角波-正弦波-对称波形本课程设计中，采用先产生方波三角波，再将三角波变成正弦波的电路设计方法。由积分器和反馈比较器

3、分别得到三角波、方波，再将三角波输入差分放大器，利用差分放大器传输曲线的非线性特征得到正弦波。三、框图工作原理 （一）各框内电路独立设计1、的产生 由于实验室提供的电源电压为，对的要求为的直流电压，故采用可变电阻电位分压方式产生，具体发生电路如图。因为电源电压为12，故，在此选取，。图2、跟随器： 在同相比例运算电路中，将输入电压的全部反馈到反相输入端，从而使输入电压值等于输出电压值（方向相反），即形成电压跟随器，理想运放的开环增益为无穷大，因而电压跟随器有较好的跟随特性。（图）图3端出入直流电压，1端输出跟随电压，4端接-12V，8端接+12V3、极性变换： 当开关闭合时，且为保证电路对称，

4、。 当开关打开时，。 则为了满足电路的极性变换要求，且。根据以上要求：本课程设计中选取，。 见图。图 s9013不导通时，开关断开 S9013导通时，开关闭合 4、 积分器： 积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过接地，为“虚地”。 电路中，电容中电流等于电阻中电流，输出电压与电容上电压的关系为，而电容上电压等于其电流的积分，故： 当， 当输入信号为方波时，输出信号为三角波。 图根据以上分析，同时满足设计要求（输出三角波峰峰值为8，频率为），令，由得： 实验室里有，故得。图3-4-2C2的作用为相位反馈，有轻微的波形变形5、 施密特比较反馈：图3-5 如图所示施密特电路将输入的三角波转换

5、成方波输出，同时利用三极管的开关特性控制机型变化中的开关。具体原理如下： 根据施密特电路的工作原理得：运算放大器U4A的输出电压在正、负饱和之间转换，即：。输出电压由反馈到正相输入端，其中反馈因数。 输入三角波的峰峰值为8V，即得到反馈的上下临界电压分别为： 运算放大器工作电压为12V，得但在考虑管压降以及本课程设计的具体要求，实际试验中。 然后再经过二极管D1，由于二极管单向导通的特性，便可得到要求中的方波。6、 非线性转换器：（一）三角波-正弦波图3-6-1 在三角波-正弦波的转换过程中，选用了差分放大器作为转换电路。波形变换的原理是：利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。 差分放大器的传

6、输特性曲线：， 式中：，为差分放大器的恒定电流；为温度的电压常量，当室温为时，。 输入为峰峰值为的三角波，设表达式为： 式中：为三角波的周期。代入差分放大器的传输特性曲线，则：为了使输出波形更接近正弦波，要求： （1）传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄； （2）三极管尽可能工作在非线性区，则应使放大器的放大倍数尽可能大，设置较低的静态工作点，同时输入较小的信号。6.1恒流源电路设计方案一 根据要求三极管尽可能工作在低静态工作点，实验要求近似等于0.3mA由于管压降，R16两端电压为0.3V，即R17分压得到电压为1V，实验提供滑动变阻器R18=10K方案二镜像电流源，R2=R5=20，R1

7、=10，R13实际电路中选取总阻值为10的电位器。图为电流源方案一下的三角波-正弦波的变换电路，其中调节三角波的输入幅度，调节电路的对称性，为极性电容。图（二）方波-三角波： 图为方波-三角波转换电路,a端输出的方波，b端输出0-10V的方波，c端输出的三角波。 图3-7根据以上对个独立框图电路的设计，由电阻电位分压方式产生的，经电压跟随器和极性转换器，并在U5的控制下，在点形成了-1010V的方波，经过积分电路，在c端输出三角波，三角波经过施密特电路在b点输出方波，由于二极管的单向导通特性，输出方波b只有Y轴上方的图像。 其中，当-1010V在变化的过程中，输出信号频率从变化。 由 得： 将

8、代入： 即： 若的单位取V，f的单位取KHZ，则 由可知线性相关。四、仿真调试（一）仿真过程 1、方波-三角波 根据图利用EWB进行仿真，从示波器中得到的波形，如图-1，4-1-2。通道A为极性方波，通道B为三角波图4-1-1通道A为方波信号，通道B为三角波信号图4-1-22、 三角波-正弦波 根据图利用EWB仿真，从示波器中显示的三角波-正弦波如图。图（二）实验过程 1、方波-三角波 通过调节，可改变三角波的幅值，由于管压降的存在，R11与R10的比值应小于2；电阻R12不应过低，控制在23左右。为了使和尽可能的满足线性关系，实验中给串联接上一个滑动变阻器用以调节和的线性关系。 实验室里提供

9、的滑动变阻器，调节R2使，保持接入电路部分的阻值不变，调节滑动变阻器R27，使输出三角波的频率接近；保持滑动变阻器R27接入电路部分阻值不变，调节滑动变阻器使，读得此时输出三角波的频率，记录从1V到10V的三角波频率变换。（V）12345678910（KHZ）1.056 2.089 3.108 4.130 5.132 6.124 7.097 8.050 9.009 10.127 拟合函数图像如下： 实际函数与理论函数图3-7-2比较，还是比较吻合的，但距离实验要求频率误差范围在30HZ内还有一定距离，当调节输入电压=5V时，误差最大为132HZ。2、 三角波-正弦波在改进型的差分放大电路中，利用来调节正弦波的对称性，来调节正弦波的锐化程度。在实验过称中通过对和的不断调节，来得到较为美观的正弦波。相比方波-三角波的实验过程，正弦波在调试过程中出现的问题较少。但也存在以下两个问题：由于之前原理及仿真部分对于三极管静态工作点设置过高或者过低，导致出现的正弦波严重失真，通过不断地测试、分析，最终得到了较为理想的正弦波。由于分压电阻的阻值选择的太大，导致输出的正弦波幅度仅为几百毫伏，通过不断调试，选定为，负