简易函数发生器设计

1、 简易函数发生器 设计与制作 要求实现的目标要求实现的目标n基本部分：n1. 输出三角波，频率在20Hz-20KHz之间可调，输出幅度峰峰值约为。n2. 输出与三角波同步的方波，频率在20Hz-20KHz可调。方波幅度约为。n发挥部分：n1. 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 n参考方案一：n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

2、n参考方案二 n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 n参考方案三 n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n参考方案四n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

3、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简易函数发生器原理 工作原理图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简易函数发生器原理 工作原理图工作原理图1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路nFET构成的开关构成的开关,FET导通时导通时,R3RON,此时运算放大此时运算放大器工作与反向放大器器工作与反向放大器,若若R1=R2,则增益为则增益为-1。1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构

4、成的极性切换电路nFET构成的开关构成的开关,FET截止时截止时,R1到到R2无电流流通无电流流通,此时此时运算放大器工作于缓冲放大器运算放大器工作于缓冲放大器,则增益为则增益为+1。1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路n对于对于FET，这里使用，这里使用N沟道沟道FET，当偏置，当偏置电压为其本身的夹断电压为其本身的夹断电压电压VP以上时，以上时，FET为截止状态为截止状态(漏漏-源极源极间电阻值非常高间电阻值非常高)，而，而零偏置时零偏置时FET为导通为导通状态，漏状态，漏-源极间电阻源极间电阻值为数百欧，也就是值为数百欧，也就是说，说，F

5、ET相当于开关相当于开关作用。作用。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路n开关开关FET导通时该电导通时该电路工作于反相放大器路工作于反相放大器(若若R1=R2，则增益，则增益)，控制电压控制电压VC极性反转极性反转为为VC。n而而FET开关为截止状开关为截止状态时，运算放大器的态时，运算放大器的同相输入端直接串联同相输入端直接串联电阻电阻R3，若运算放大，若运算放大器的输入电流为零器的输入电流为零(实实际上为几纳安数量级际上为几纳安数量级的电流的电流)，则控制电压，则控制电压VC原样呈现在输出端。原样呈现在输出端。1.简易函数发生器原理简易

6、函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路n而而FET开关为截止状开关为截止状态时，若运算放大器态时，若运算放大器不能正常工作时，要不能正常工作时，要注意电阻注意电阻R1和和R2是是否接好，当运算放大否接好，当运算放大器正常反馈工作时二器正常反馈工作时二个输入端之间电位差个输入端之间电位差应为零，因此，反相应为零，因此，反相输入端电位为输入端电位为+VC，电阻电阻R1中无电流流通。中无电流流通。也就是说，该电路的也就是说，该电路的工作状态相当于普通工作状态相当于普通的电压跟随器，即增的电压跟随器，即增益为益为1.0的放大器。的放大器。1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理

7、运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路D1为二极管为二极管,可选可选1N4148,Tr1零偏时导通零偏时导通.当当D1右边为负时右边为负时,二极二极管管D1通通,D1左边更负左边更负, Tr1截止截止.当当D1右边为正时右边为正时,二极二极管管D1不通不通,D1左边为左边为0, Tr1导通导通.1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路n0_10V电压可由电源分压得到.1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路上方是上方是n沟道沟道FET开开关关20KHZ的驱动波的驱动波形，下方是运放形，下方是运放A

8、1的的/-VC输出波输出波形形.20K对于运放是对于运放是相当高的开关频率相当高的开关频率,因此开关出现延迟因此开关出现延迟.1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路 参数选择参数选择n决定极性切换电路的决定极性切换电路的电阻电阻R1和和R2阻值，即阻值，即R1R2即可，其阻值即可，其阻值根据反转时输入电阻根据反转时输入电阻的阻值来决定。运算的阻值来决定。运算放大器构成的低输出放大器构成的低输出电阻的电路对该电路电阻的电路对该电路进行控制时，进行控制时，R1和和R2阻值可设定为数千欧阻值可设定为数千欧以上，这里可选用以上，这里可选用10k电阻。电阻

9、。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 运放构成的极性切换电路运放构成的极性切换电路 参数选择参数选择n电阻电阻R3与与FET开关的开关的通通/断之比有关，断之比有关，FET截止电阻与导通电阻截止电阻与导通电阻ron相比应足够大相比应足够大(ron约为约为300欧时欧时FET截止截止电阻为数十千欧以上电阻为数十千欧以上)，R3阻值过大时，若运阻值过大时，若运算放大器算放大器A的输入电容的输入电容与杂散电容设定的常与杂散电容设定的常数接近开关频率，则数接近开关频率，则电路会出问题。电路会出问题。 (可选可选R3=10K.)1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路积分电路n积分电路

10、中运算放大器积分电路中运算放大器A2的输入电流的输入电流i对电容对电容C0进行充电，这时积分器进行充电，这时积分器输出电压变化率输出电压变化率(斜率斜率)由由e0=-i/c(V/S)决定。也就决定。也就是说，输入电流是说，输入电流i越大，越大，则每单位时间的电压变则每单位时间的电压变化越大。这就是输出波化越大。这就是输出波形的斜率即三角波的频形的斜率即三角波的频率应与率应与VC大小成比例。大小成比例。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路积分电路若电路按原样积分，不若电路按原样积分，不久输出电压就达到饱和久输出电压就达到饱和并接近电源电压。在饱并接近电源电压。在饱和之前，积分电压

11、达到和之前，积分电压达到某基准电压某基准电压VR时极性时极性切换电路反转，积分输切换电路反转，积分输入电流方向也反转，进入电流方向也反转，进行这种工作的就是比较行这种工作的就是比较器。器。在在+VRVR之间重复这之间重复这种动作，由此持续进行种动作，由此持续进行三角波振荡。三角波振荡。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路积分电路(改善线性改善线性)n使用运算放大器的使用运算放大器的积分电路高频特性积分电路高频特性不好，因此，对于不好，因此，对于标准的电路要接人标准的电路要接人一个与积分电容串一个与积分电容串联的电阻，从而改联的电阻，从而改善振荡频率对于控善振荡频率对于控制电压的

12、线性关系，制电压的线性关系，而而R5的阻值由实的阻值由实验确定。验确定。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路积分电路(改善线性改善线性)nR5的阻值由实验确定的阻值由实验确定(可选可选2-5K可调电阻可调电阻)。nR5增大了增大了A2的输出阻的输出阻抗抗,后面可加缓冲放大后面可加缓冲放大器进行补偿器进行补偿.但对于数但对于数千赫兹的千赫兹的VCO电路电路, R5为为0,可不接缓冲放可不接缓冲放大器大器.1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路积分电路(改善线性改善线性)n照片是积分常数为照片是积分常数为C02400pF，R010k情况下，情况下，R50与与1.2k (

13、线性最佳时线性最佳时R5的阻值的阻值)时频率特性时频率特性(输入输出输入输出频率频率)之比较。之比较。R5=0情情况下频率到数百千赫时况下频率到数百千赫时增益线性衰减率增益线性衰减率(这是这是积分器的频率响应积分器的频率响应)为为6dB/oct。最高频率为最高频率为5kHz以下时不需要这以下时不需要这种超前补偿。种超前补偿。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路参数选择积分电路参数选择n电阻电阻R0与电容与电容C0的值的值由由VCO的最高频率的最高频率fmax决定，先决定容决定，先决定容易得到的电容的值，再易得到的电容的值，再反过来计算反过来计算R0的阻值的阻值即可。控制电压即可

14、。控制电压VC设设定为定为+1V，振荡频率约，振荡频率约为为2kHz(它为最高频率它为最高频率的的l/10)时振荡情况。时振荡情况。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路参数选择积分电路参数选择n即开始积分器的补偿电即开始积分器的补偿电阻阻(VR)设为设为0，控制电，控制电压压VC设定为设定为+1V，振荡，振荡频率约为频率约为2kHz(它为最它为最高频率的高频率的l/10)时振荡情时振荡情况。改变输入控制电压况。改变输入控制电压时，振荡频率也就跟着时，振荡频率也就跟着改变，若要频率准确一改变，若要频率准确一致，需要改变与固定电致，需要改变与固定电阻阻R0串联的半固定电串联的半固定

15、电阻阻(阻值为阻值为R0的的1020)的电路。的电路。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 积分电路参数选择积分电路参数选择n现施加现施加+10V的控制电压，的控制电压，本来应是理想的本来应是理想的20kHz频率频率进行振荡，但由于运算放进行振荡，但由于运算放大器的响应时间的延迟，大器的响应时间的延迟，振荡频率变为振荡频率变为20kHz以下。以下。该电路约以该电路约以16kHz频率进行频率进行振荡。振荡。n调节与调节与C0串联的补偿电阻串联的补偿电阻R5(VR)，设定的振荡频率，设定的振荡频率正好为正好为VC=1V时频率的时频率的10倍倍(要注意，要注意，VR阻值随电容阻值随电容C0的值

16、不同而异的值不同而异)。 1.简易函数发生器原理简易函数发生器原理 电压比较器电路电压比较器电路n若电路按原样积分，不久输若电路按原样积分，不久输出电压就达到饱和并接近电出电压就达到饱和并接近电源电压。在饱和之前，积分源电压。在饱和之前，积分电压达到某基准电压电压达到某基准电压VRVR时时极性切换电路反转，积分输极性切换电路反转，积分输入电流方向也反转，进行这入电流方向也反转，进行这种工作的就是比较器。在种工作的就是比较器。在+VR+VR-VR-VR之间重复这种动作，之间重复这种动作，由此持续进行三角波振荡。由此持续进行三角波振荡。n比较器输出是与三角波同步比较器输出是与三角波同步的方波，但输

17、出电压的振幅的方波，但输出电压的振幅是由比较器输出的限幅电路是由比较器输出的限幅电路特性决定的。特性决定的。n比较器输出的比较器输出的ZD1ZD1和和ZD2ZD2稳压稳压管可选管可选6.2V6.2V左右的稳压管左右的稳压管. . 简易函数发生器原理简易函数发生器原理 电路原理图电路原理图2SK30ATL082TL082TL082函数发生器的测试函数发生器的测试函数发生器元器件清单函数发生器元器件清单n1、电阻：、电阻：1K(1个个)1.5K(1个个)10K(6个个)100K(1个个)n2、三极管：、三极管：2SK30A(1个个)n3、二极管：、二极管：1N4148(1个个)n4、运放、运放TL082（2个）个）8脚集成块插座脚集成块插座(2个个)n5、电容：