函数信号发生器

1、 华北科技学院课程设计目录一、设计要求.2二、设计的作用、目的.2三、设计的具体实现.21. 系统概述.21.2设计方案及可行性.21.3各功能块的划分与组成.31.4总体工作过程.32. 单元电路设计、仿真与分析.42.1各组成电路部分的工作原理.42.2各部分电路的仿真.92.3有关参数的计算.13四、心得体会及建议.135、 附录.15六、参考文献.1515函数信号发生器设计报告1. 设计要求在给定的v直流电源电压条件下，用集成运放设计一个函数信号发生器。函数信号发生器能够输出正弦波，方波和三角波，幅值和频率可调。信号频率1HZ1KHZ。（1） 合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程

2、，画出相关的电路原理图（运用Multisim电路仿真软件）；（2） 选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）；（3） 对电路进行局部或整体仿真；（4） 按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），2. 设计的作用、目的（1） 掌握函数信号发生器工作原理。（2） 熟悉集成运放的使用方法。（3） 熟悉Multisim软件的使用。3、 设计的具体实现1.系统概述1.1系统设计思路函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。产生方波、正弦波、三角波的方案也有多种，如先产生方波，再根据积分器转换为三角波，最后通过差分放大电路转换为正弦波。或

3、先产生正弦波，然后将正弦波转为方波，再由方波转换为三角波，最后由三角波转换为正弦波。1.2设计方案及可行性 方案一：本方案的电路图由RC文氏电桥振荡器，滞回比较器，积分器三部分组成。三角波方波正弦波 图1-1原理框图方案二：采用单片机编程的方法来实现（如89C51单片机和D/A转换器，再滤波放大），通过编程的方法控制波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率变换。方案三：是利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器，其振荡频率可通过外加直流电压进行调节。方案四：本方案的电路图由迟滞比较器，积分器，差分放大器三部分组成。正弦波三角波方波 图1-2原理框图本次设计选

4、择方案四。1.3各功能块的划分与组成 运用集成放大器、电容、电阻等基本元件实现正弦波方波三角波的波形的产生，本课程设计采用先用滞回比较电路积分电路RC振荡电路来实现函数信号发生器的设计。1.4工作原理先由反相输入的滞回比较器和RC电路组成方波发生电路，然后方波经积分器得到三角波，由差分放大器来完成三角波到正弦波的变换电路。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。下面我们将分别对各个波形的发生进行分析，从而达到在合成电路时使电路更加合理，如

5、下图。滞回比较电路积分电路RC桥式振荡电路方波三角波正弦波图1-3原理框图2. 单元电路设计、仿真与分析2.1各组成部分电路的工作原理 方波发生电路的工作原理 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压=+ ,则同相输入端电位 =+ 。通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，趋于+ ；但是，一旦 =+ ,再稍增大，从+ 跃变为- ,与此同时从 跃变为- 。随后，又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。随时间逐渐增长而减低，当

6、t趋于无穷大时，趋于- ；但是，一旦 =- ,再减小，就从- 跃变为+ ，从- 跃变为+ ，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 图2-1方波电路图 方波三角波转换电路的工作原理图22 方波三角波转换电路图22所示的电路能自动产生方波三角波。工作原理如下：若R2左断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压，R1称为平衡电阻。比较器的输出的高电平等于正电源电压+ ，低电平等于负电源电压- （|+ |=|- |）, 当比较器的U+=U- =0时，比较器翻转，输出从高

7、电平跳到低电平- ,或者从低电平跳到高电平。设 =+ 则 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位为 （1）若 = -,则比较器翻转的上门限电位为 （2）比较器的门限宽度 （3）由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图23所示 图2-3比较电压传输特性 图2-4方波、三角波的转化R2左端断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为 （4）时， （5）时， （6）可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如图24所示。R2左端闭合，既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。三角波的幅

8、度为 （7）方波-三角波的频率f为 （8）三角波正弦波转化电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为： 式中差分放大器的恒定电流； 温度的电压当量，当室温为25C时，26mV。如果为三角波，设表达式为 （9）式中，三角波的幅度；T三角波的周期。图25 三角波正弦波变换为使输出波形更接近正弦波，由图可见：a)传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；b)三角

9、波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图26为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。图26三角波正弦波变换电路2.2各部分电路的仿真（1） 方波-三角波发生电路 图2-7方波-三角波发生电路仿真模型图2-8方波仿真图图2-9三角波仿真图图2-10方波三角波仿真图（2） 正弦波发生电路图2-11正弦波仿真模型图2-12正弦波仿真图（3） 总电路仿真模型图2-132.3有关参数的计算方波-三角波的频率可由下式确定 F=(R3+R

10、p1)/4R2(R4+Rp2)C其中，R2/（R3+Rp1）1/3。取R2=10k,则R3+Rp1=30k；取R3=10k,则Rp1=20k。由于 F=(R3+Rp1)/4R2(R4+Rp2)C，故R4+Rp2=3/4fC.当1HZf10HZ时，取C=10uf，R4+Rp2=75k-7.5k，R4=5.1k,Rp2=200；当10HZf100HZ时,取C=1uF;当100HZf1kHZ,取C=0.1uF。改变开关与电容的连接的位置，即可调节输出频率。4 心得体会及建议 经过一周多的课程设计，终于做出了此次课设的目的，成功的做出了函数信号发生器，虽说过程有点曲折，有点累，但最后得到了理想的结果，

11、心里还是很高兴的。 此次课程设计需要有最终方案的选择，自己通过比较，仿真软件的仿真最终选择了最终方案。经过小组成员的努力，不断的查阅资料，终于做出了满意的方案.可以说在本次的课程设计中，我的收获颇丰。首先此次课程设计检验了我学到的知识，培养了如何将所学到的知识运用到实际的问题当中去。在课设当中，我也学会了如何在一个团队中更好的完成自己的工作，认识到了相信队友，保持和谐的团队环境对一个团队是多么的重要。最主要的我认为，课设培养了我们查阅资料解决问题的能力，因为我们所学的知识毕竟有限，有些东西我们可能还没有学习涉及到，这就要靠我们通过查阅资料，自学知识，来解决问题。这种能力对我以后的学习很重要，通过这次的课程设计，充分的锻炼了我这方面的能力。经过这次课设我对所学的知识理解更深，这对我以后对课本知识的应用起到了很好地作用，使自己能够以后快速运用课本知识解决问题。附录 元件明细表元件名称数量规格或型号10k电阻4个5.1k电阻1个200变位器1个2k电阻2个6.8k电阻2个8k电阻1个20k电阻2个100k电阻1个20k变位器1个47k变位器1个100变位器1个运算放大