1、 1 电工与电工与电子技术电子技术课程设计课程设计 课题名称 函数信号发生器 学院(部) 汽车学院 2 一、一、任务和要求任务和要求 1、设计并制作能产生正弦波、矩形波（占空比可调）和锯齿波等多种信号的函 数信号发生器。 2、主要技术指标和要求 （1）输出的各种信号波形工作频率范围 10Hz10kHz，连续可调。 （2）输出的各种信号波形幅值 010V，连续可调。 二、摘要二、摘要 在生产实践中，广泛的采用各种信号，就其波形来说，可能用到正弦波和非正弦 波， 相应的， 就会用到不同的信号产生电路， 而不同波形的信号， 又会相互转换。 信号发生器一般能自动产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形的
2、仪器，故可 在设计时先在电路中产生一种信号，然后再通过波形变换使电路能输出其它波 形，故能设计许多电路来实现目的。在设计时，应考虑多种情况（如外界干扰、 内部因素）设计一种在现实应用中性能良好，又廉价实用的方案。 本方案就是利用这种思想设计出的一个低频函数信号发生器。 三、总体设计方案选择及论证三、总体设计方案选择及论证 1信号产生电路 方案一 由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。 这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。 但是对于三角波的产生则有一定的麻烦， 因为题目要求有 10 倍的频率覆盖系数， 然而对于积分器的输入输出关系为：
3、文 氏 电 桥 正弦波 比较器 积分器 方波 三角波 3 dtv RC dti C v io 11 显然对于 10 倍的频率变化会有积分时间 dt 的 10 倍变化从而导致输出电压振幅 的 10 倍变化。而这是电路所不希望的。幅度稳定性难以达到要求。而且通过仿 真实验会发现积分器极易产生失调。 方案二 由矩形波产生电路产生矩形波，在通过积分电路把矩形波转换为锯齿波，再经 过差动放大电路将锯齿波转换为正弦波。 该电路的优点是十分明显的： 线性良好、稳定性好； 频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率， 而且频率改变时，幅度恒定不变； 不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后
4、会立即产生稳定的波形； 三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。 综合上述分析，我们采用了第二种方案来产生信号。下面将分析讨论对生成 的三角波和方波变换为正弦波的方法。 2信号变换电路 三角波变为正弦波的方法有多种，但总的看来可以分为两类：一种是通过滤 波器进行 “频域” 处理， 另一种则是通过非线性元件或电路作折线近似变换 “时 域”处理。具体有以下几种方案： 方案一 采用米勒积分法。设三角波的峰值为 P V，三角波的傅立叶级数展开： tSink k Sin k tSintSintSinVtV P 2 1 5 5 1 3 3 18 2222 通过线性积分后： CR tCos
5、k k Sin k tCostCostCosVtV P 1 2 1 5 5 1 3 3 18 3222 显见滤波式的优点是不太受输入三角波电平变动的影响， 其缺点是输出正弦波幅 度会随频率一起变化（随频率的升高而衰减） ，这对于我们要求的 10 倍的频率覆 盖系数是不合适的。另外我们在仿真时还发现，这种积分滤波电路存在这较明显 的失调，这种失调使输出信号的直流电平不断向某一方向变化。 矩形波 产生电 路 矩形波 积分电 路 锯齿波 差 动 放 大电路 正弦波 4 积分滤波法的失调图（Protel 99 SE SIM99 仿真） 而且输出存在直流分量。 方案二 才用二极管电阻转换网络折线逼近法。
6、十分明显，用折线逼近正弦波时， 如果增多折线的段数，则逼近的精度会增高，但是实际的二极管不是理想开关， 存在导通阈值问题， 故不可盲目的增加分段数； 在所选的折线段数一定的情况下， 转折电的位置的选择也影响逼近的精度。凭直观可以判知，在正弦波变化较快的 区段，转折点应选择的密一些；而变化缓慢的区段应选的稀疏一些。 二极管电阻网络折线逼近电路对于集成化来说是比较简单， 但要采用分立 元件打接则会用到数十个器件， 而且为了达到较高的精度所有处于对称位置的电 阻和二极管的正向导通电阻都应匹配。实现起来不是很方便的。另外折线逼近电 路的原理是应用电路传输的非线性， 故作用于变换电路的输入信号的幅度必须是 固定的。而且这个转换网络还有输出阻抗高的缺点。 二极管电阻转换网络图 5 方案三 利用差分放大器的
