课程设计--函数发生器

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1、1.1.引言引言 1.11.1 函数信号发生器的应用意义函数信号发生器的应用意义 函数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。 根据用途不同， 有产生三种或多种波形的函数发生器， 使用的器件可以是分立器件也可以是集成电路。 为进一步掌握电路的基本理论及 实验调试技术， 本课题采用有集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成的方波 三角波正弦波函数发生器的设计方法。 具体方法是由比较器和积分器组成方 波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波 的变换电路主要由差分放大器来完成。 差分放大器具有工作点稳定， 输入阻抗高， 抗干扰能

2、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。 通过此次设计，我们能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上 的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力 1.2设计目的设计目的 （1） 能够根据功能要求查找相关的元器件的说明书。 （2） 能够对元器件的说明书进行学习并掌握元器件的控制方法和时序要求。 （3） 能够利用 Multisim、protel仿真软件对电路进行仿真调试。 （4） 能够按着规范的课程设计的格式完成课程设计报告。 1.3设计内容和要求设计内

3、容和要求 设计一个函数发生器，能产生方波、三角波、正弦波信号。用 LED 显示其频 率和波形参数，播报其频率和波形参数。信号频率可通过键盘输入并显示。 基本要求： 1、输出频率范围：100HZ1KHZ 和 1KHZ10000HZ 两档 2、输出电压幅值可设，方波：VP-P=12V 3、三角波：VP-P=1V 4、正弦波：VP-P1V 整个控制电路在 Multisim、Protel仿真软件中连接调示。 2.2.函数发生器的总方案及原理框图函数发生器的总方案及原理框图 2.1 2.1 原理框图原理框图 2 2.2 .2 函数发生器的总方案函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角

4、波、方波及锯齿波、阶梯波等 电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器， 使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器 S101 全部采用晶体管)， 也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块 8038)。为进一步掌握电路的基本 理论及实验调试技术， 本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组 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 三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先 产生方波三角波

5、，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法， 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器 得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。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 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。 3.3.各组成部分的工作原理各组成部分的工作原理 3.13.1 方波发生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，

6、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 Uo=+Uz,则同相 输入端电位 Up=+UT。Uo 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，Un 趋于+Uz；但是，一旦 Un=+Ut,再 稍增大， Uo 从+Uz 跃变为-Uz,与此同时 Up 从+Ut 跃变为-Ut。 随后，Uo 又通过 R3 对电容 C 反向充电，如图中虚线箭头所示。Un 随时间逐渐增长而减低，当 t 趋于无穷大时，Un 趋于 -Uz；但是，一旦 Un=-Ut,再减小，Uo 就从-Uz 跃变为+Uz，Up 从-Ut 跃变为+Ut，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。 3.2 3.2 方波方波-三角波转换电路的工作原理三角波转换电路的工作原理 若 a 点断开， 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 U