第一篇：函數(shù)信號發(fā)生器論文

函數(shù)信號發(fā)生器的設計與制作

系別：電子工程系 專業(yè)：應用電子技術(shù) 屆：XX屆 姓名：XXX 摘 要

本系統(tǒng)以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學生學習電子技術(shù)測量使用。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)制信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進行頻率調(diào)制。

關鍵詞 ICL8038，波形，原理圖，常用接法

一、概述

在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標，都有了很大的提高。

二、方案論證與比較

2.1·系統(tǒng)功能分析

本設計的核心問題是信號的控制問題，其中包括信號頻率、信號種類以及信號強度的控制。在設計的過程中，我們綜合考慮了以下三種實現(xiàn)方案：

2.2·方案論證

方案一∶采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達到較高的頻譜純度。

方案二∶采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需要頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需要頻率信號，抑制雜散分量，并且避免了量的濾波器，有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是一個惰性環(huán)節(jié)，鎖定時間較長，故頻率轉(zhuǎn)換時間較長。而且，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)，如幅度、頻率 相信都很難控制。

方案三：采用8038單片壓控函數(shù)發(fā)生器，8038可同時產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。改變8038的調(diào)制電壓，可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)，其振蕩范圍為0.001Hz～300KHz。

三、系統(tǒng)工作原理與分析

3.1、ICL8038的應用

ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時產(chǎn)生和輸出正弦波、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形；改變外接電阻、電容值可改變，輸出信號的頻率范圍可為0.001Hz～300KHz；正弦信號輸出失真度為1%；三角波輸出的線性度小于0.1%；占空比變化范圍為2%～98%；外接電壓可以調(diào)制或控制輸出信號的頻率和占空比（不對稱度）；頻率的溫度穩(wěn)定度（典型值）為120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；對于電源，單電源（V+）：+10～+30V，雙電源（+V）（V-）：±5V～±15V。圖1-2是管腳排列圖，圖1-2是功能框圖。8038采用DIP-14PIN封裝，管腳功能如表1-1所示。

3.2、ICL8038內(nèi)部框圖介紹

函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如圖虛線框內(nèi)所示（圖1-1），共有五個組成部分。兩個電流源的電流分別為IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；兩個電壓比較器Ⅰ和Ⅱ的閾值電壓分別為 和，它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓uC，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和 端；RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和 用來控制開關S，實現(xiàn)對電容C的充、放電；充點電流Is1、Is2的大小由外接電阻決定。當Is1=Is2時，輸出三角波，否則為矩尺波。兩個緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強帶負載能力；三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。

3.3、內(nèi)部框圖工作原理

★當給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器Ⅰ和Ⅱ的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器的，輸出Q=0，；

★使開關S斷開，電流源IS1對電容充電，充電電流為

IS1=I

因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時間的增長而線性上升。

★當上升為VCC/3時，電壓比較器Ⅱ輸出為高電平，此時RS觸發(fā)器的，S=0時，Q和 保持原狀態(tài)不變。

★一直到上升到2VCC/3時，使電壓比較器Ⅰ的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖?，此時RS觸發(fā)器的 時，Q=1時，導致開關S閉合，電容C開始放電，放電電流為IS2-IS1=I因放電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時間的增長而線性下降。

起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)的S端從高電平躍變?yōu)榈碗娖?，但，其輸出不變?/p>

★一直到uC下降到VCC/3時，使電壓比較器Ⅱ的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖剑藭r，Q=0，使得開關S斷開，電容C又開始充電，重復上述過程，周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為三角波，Q和 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。

結(jié)論：改變電容充放電電流，可以輸出占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。但是，當輸出不是方波時，輸出也得不到正弦波了。

3.4、方案電路工作原理（見圖1-7）

當外接電容C可由兩個恒流源充電和放電，電壓比較器Ⅰ、Ⅱ的閥值分別為總電源電壓（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I2＞I1。當觸發(fā)器的輸出為低電平時，恒流源I2斷開，恒流源I1給C充電，它的兩端電壓UC隨時間線性上升，當達到電源電壓的確2/3時，電壓比較器I的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，恒流源I2接通，由于I2＞I1（設 I2=2I1），I2將加到C上進行反充電，相當于C由一個凈電流I放電，C兩端的電壓UC又轉(zhuǎn)為直線下降。當它下降到電源電壓的1/3時，電壓比較器Ⅱ輸出電壓便發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出為方波，經(jīng)反相緩沖器由引腳9輸出方波信號。C上的電壓UC，上升與下降時間相等（呈三角形），經(jīng)電壓跟隨器從引腳3輸出三角波信號。將三角波變?yōu)檎也ㄊ墙?jīng)過一個非線性網(wǎng)絡（正弦波變換器）而得以實現(xiàn)，在這個非線性網(wǎng)絡中，當三角波的兩端變?yōu)槠交恼也?，?腳輸出。

其中K1為輸出頻段選擇波段開關，K2為輸出信號選擇開關，電位器W1為輸出頻率細調(diào)電位器，電位器W2調(diào)節(jié)方波占空比，電位器W3、W4調(diào)節(jié)正弦波的非線性失真。

圖1-1

3.5、兩個電壓比較器的電壓傳輸特性如圖1-4所示。

圖1-4

3.6、常用接法

如圖（1-2）所示為ICL8038的引腳圖，其中引腳8為頻率調(diào)節(jié)（簡稱為調(diào)頻）電壓輸入端，電路的振蕩頻率與調(diào)頻電壓成正比。引腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，數(shù)值是引腳7與電源+VCC之差，它可作為引腳8的輸入電壓。如圖（1-5）所示為ICL8038最常見的兩種基本接法，矩形波輸出端為集電極開路形式，需外接電阻RL至+VCC。在圖(a)所示電路中，RA和RB可分別獨立調(diào)整。在圖(b)所示電路中，通過改變電位器RW滑動的位置來調(diào)整RA和RB的數(shù)值。

圖1-5

當RA=RB時，各輸出端的波形如下圖(a)所示，矩形波的占空比為50％，因而為方波。當RA≠RB時，矩形波不再是方波，引腳2輸出也就不再是正弦波了，圖(b)所示為矩形波占空比是15%時各輸出端的波形圖。根據(jù)ICL8038內(nèi)部電路和外接電阻可以推導出占空比的表達式為

故RA<2RB。

為了進一步減小正弦波的失真度，可采用如圖（1-6）所示電路，電阻20K與電位器RW2用來確定8腳的直流電壓V8，通常取V8≥2/3Vcc。V8越高，Ia、Ib越小，輸出頻率越低，反之亦然。RW2可調(diào)節(jié)的頻率范圍為20HZ20~KHZ。V8還可以由7腳提供固定電位，此時輸出頻率f0僅有Ra、Rb及10腳電容決定，Vcc采用雙對電源供電時，輸出波形的直流電平為零，采用單對電源供電時，輸出波形的直流電平為Vcc/2。兩個100kΩ的電位器和兩個10kΩ電阻所組成的電路，調(diào)整它們可使正弦波失真度減小到0.5%。在RA和RB不變的情況下，調(diào)整RW2可使電路振蕩頻率最大值與最小值之比達到100:1。在引腳8與引腳6之間直接加輸入電壓調(diào)節(jié)振蕩頻率，最高頻率與最低頻率之差可達1000:1。

3.7、實際線路分析

可在輸出增加一塊LF35雙運放，作為波形放大與阻抗變換，根據(jù)所選擇的電路元器件值，本電路的輸出頻率范圍約10HZ～20KHZ；幅度調(diào)節(jié)范圍：正弦波為0～12V，三角波為0～20V，方波為0～24V。若要得到更高的頻率，還可改變?nèi)龣n電容的值。

圖1-6

表 1-1 ISL8038管腳功能

管 腳 符 號 功 能

1，12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形調(diào)整端。通常SINADJ1開路或接直流電壓，SINADJ2接電阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和減小失真。SINOUT 正弦波輸出TRIOUT 三角波輸出

4，5 DFADJ1，DFADJ2 輸出信號重復頻率和占空比（或波形不對稱度）調(diào)節(jié)端。通常DFADJ1端接電阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改變阻值可調(diào)節(jié)頻率和占空比。V+ 正電源 FMBIAS 調(diào)頻工作的直流偏置電壓FMIN 調(diào)頻電壓輸入端SQOUT 方波輸出 C 外接電容到V-端，用以調(diào)節(jié)輸出信號的頻率與占空比V-負電源端或地

13，14 NC 空腳

四、制作印刷電路板

首先，按圖制作印刷電路板，注意不能有斷線和短接，然后，對照原理圖和印刷電路板的元件而進行元件的焊接?？筛鶕?jù)自己的習慣并遵循合理的原則，將面板上的元器件安排好，盡量使連接線長度減少，變壓器遠離輸出端。再通電源進行調(diào)試，調(diào)整分立元件振蕩電路放大元件的工作點，使之處于放大狀態(tài)，并滿足振幅起振條件。仔細檢查反饋條件，使之滿足正反饋條件，從而滿足相位起振條件。

制作完成后，應對整機進行調(diào)試。先測量電源支流電壓，確保無誤后，插上集成快，裝好連接線?？梢杂檬静ㄆ饔^察波形發(fā)出的相應變化，幅度的大小和頻率可以通過示波器讀出。

五、系統(tǒng)測試及誤差分析

5.1、測試儀器

雙蹤示波器 YB4325(20MHz)、萬用表。

5.2、測試數(shù)據(jù)

基本波形的頻率測量結(jié)果

頻率/KHz

正弦波 預置 0.01 0.02 2 20 50 100

實測 0.0095 0.0196 2.0003 20.0038 50.00096 100.193 方波 預置 0.01 0.02 2 20 50

實測 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038 三角波 預置 0.01 0.02 1 2 20 100

實測 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191 5.3、誤差分析及改善措施

正弦波失真。調(diào)節(jié)R100K電位器RW4，可以將正弦波的失真減小到1%，若要求獲得接近0.5%失真度的正弦波時，在6腳和11腳之間接兩個100K電位器就可以了。

輸出方波不對稱，改變RW3阻值來調(diào)節(jié)頻率與占空比，可獲得占空比為50%的方波，電位器RW3與外接電容C一起決定了輸出波形的頻率，調(diào)節(jié)RW3可使波形對稱。

沒有振蕩。是10腳與11腳短接了，斷開就可以了

產(chǎn)生波形失真，有可能是電容管腳太長引起信號干擾，把管腳剪短就可以解決此問題。也有可能是因為2030功率太大發(fā)熱導致波形失真，加裝上散熱片就可以了。

5.4、調(diào)試結(jié)果分析

輸出正弦波不失真頻率。由于后級運放上升速率的限制，高頻正弦波（f>70KHz）產(chǎn)生失真。輸出可實現(xiàn)0.2V步進，峰-峰值擴展至0～26V。

圖1-2

圖 1?7

六、結(jié)論

通過本篇論文的設計，使我們對ICL8038的工作原理有了本質(zhì)的理解，掌握了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備。可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟實用。

七、參考文獻

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【3】第二屆全國大學生電子設計競賽組委會。全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編。北京：北京理工大學出版社，1997.【4】李炎清《畢業(yè)論文寫作與范例》廈門：廈門大學出版社。2006.10

【5】潭博學、苗江靜《集成電路原理及應用》北京：電子工業(yè)出版社。2003.9 【6】陳梓城《家用電子電路設計與調(diào)試》北京：中國電力出版社。2006

第二篇：函數(shù)信號發(fā)生器設計論文.

四川師范大學成都學院通信原理課程設計 目 錄

前言.....................................................................1 1 函數(shù)信號發(fā)生器設計任務................................................1 1.1 設計提議...........................................................1 1.2 方案論證與研究.....................................................1 2 方案設計..............................................................2 2.1 項目指標...........................................................2 2.1.1 電源參數(shù).......................................................2 2.1.2 工作頻率.......................................................2 2.2 方案比較及選擇.....................................................2 3 設計理論..............................................................3 3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成...............................................3 3.2 方波信號...........................................................3 如圖3.2-1由運算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運

放反相輸出端，因此積分電路有負反饋和延遲的作用。........................3 3.3 正弦波信號.........................................................4 3.4 三角波信號.........................................................6 4 RC振蕩電路設計........................................................7 5 放大器功率及ICL8038介紹...............................................9 5.1 放大器功率.........................................................9 5.2 ICL8038原理介紹...................................................10 6 致謝..................................................................11 7 總結(jié)及體會............................................................12 附錄1 系統(tǒng)原理圖.......................................................13 附錄2 系統(tǒng)元件清單.....................................................14 附錄3 系統(tǒng)PCB圖.......................................................15 I 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 參考文獻................................................................16 II 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 函數(shù)信號發(fā)生器設計論文

前言

函數(shù)信號發(fā)生器的制作是以集成塊ICL8038為核心器件，制作的成本也相對較低。是適合學生學習、使用電子技術(shù)測量。ICL8038可以輸出具有多種波形的精

密振蕩集成電路，要想產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號只需要個別外部元件。輸出波形的占空比和頻率還可以由電阻或電流控制。其次由于此芯片具有調(diào)制信號的輸入端，所以可以用作頻率調(diào)制，針對于低頻信號。

函數(shù)信號發(fā)生器有著不同的用途，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化為方波，最后三角波通過積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號發(fā)生器開發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。1 函數(shù)信號發(fā)生器設計任務 1.1 設計提議

產(chǎn)品開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、科學研究等領域都的使用函數(shù)信號發(fā)生器，它常用的基本測試信號有鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波。常作為時基電路的鋸齒波信號在示波器等儀器中利用熒光屏顯示圖像。例如，想要通過示波器熒光屏上觀察到被測不失真地信號波形，通過產(chǎn)生鋸齒波電壓使的電子束在水平方向勻速搜出熒光屏。方波，三角波都有著不同的重要作用，而函數(shù)信號發(fā)生器是指一種能自發(fā)的產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波階梯波等電壓波形的儀器或電路。因此，提議設計一種能產(chǎn)生三角波、正弦波、方波的函數(shù)信號發(fā)生器。1.2 方案論證與研究

函數(shù)信號發(fā)生器用途較多，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 為方波，最后三角波通過積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號發(fā)生器開發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。2 方案設計

2.1 項目指標 2.1.1 電源參數(shù)

● 輸入：雙電源 +12V、-12v

● 輸出：方波電壓約等于12v，三角波電壓與約等于5v，正弦波電壓大于1v，幅 度可連續(xù)調(diào)，線性失真就會較小。2.1.2 工作頻率

頻率范圍：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ 2.2 方案比較及選擇

方案一：正弦振蕩是由文氏電橋產(chǎn)生，然后得到方波，三角波是方波積分得到的。此方案結(jié)構(gòu)簡單，是一開環(huán)電路，產(chǎn)生的失真較小的正弦波和方波波形①。但于產(chǎn)生三角波則比較有麻煩，因為頻率覆蓋系數(shù)要求有1000倍，因此對于1000倍的頻率變化會有積分時間從而使輸出電壓振幅的1000倍變化。而這是不滿足電路要求的。幅度的穩(wěn)定性幾乎難以達到要求。并且通過仿真實驗會發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生線性失真。

方案二：通過芯片ICL8038產(chǎn)生8083集成函數(shù)發(fā)生器。

該集成函數(shù)發(fā)生器是一種用途較多的波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波，通過外加的直流電壓進行振蕩器調(diào)節(jié)，所以是電壓控制集成信號產(chǎn)生器。由于兩個電流源控制外接電容C的充、放電電流，所以電容C兩端電壓大小變化與時間成線形關系，從而可以輸出理想的三角波波形。8038電路中含正弦波變換器，因此可以將三角波轉(zhuǎn)化成正弦波輸出。另外還可以將三角波轉(zhuǎn)換成方波輸出通過觸發(fā)器。此方案的特點有： ◆ 穩(wěn)定性好而且線性良好；

◆ 易調(diào)頻率，頻帶在幾個數(shù)量級范圍內(nèi)，可以方便地、連續(xù)地改變頻率大小，而且 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 ◆ 變頻率的同時，幅度是不會發(fā)生變的；

◆ 不會出現(xiàn)過渡過程，只要接通電源后就會立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形圖； ◆ 方波和三角波在半周期內(nèi)的時間是線性函數(shù)，容易轉(zhuǎn)換為別的波形。故由此，本次信號設計采用的是第二種方案。3 設計理論

3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成

函數(shù)發(fā)生器是指能夠自動產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的電壓波形的儀器或電路?？梢圆捎糜蛇\放、分離元件及單片集成函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成電路形式。根據(jù)不同的用途，可以產(chǎn)生三種或多種不同波形的函數(shù)發(fā)生器，本次介紹的事不同函數(shù)信號發(fā)生器的方法。

函數(shù)信號發(fā)生器是由正弦波形發(fā)生電路和基礎的非正弦信號發(fā)生電路組合成的。下面我們將分別對方波、正弦波、三角波的發(fā)生進行分析，從而使在合成電路時電路更加的合理。3.2 方波信號

如圖3.2-1由運算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運放反相輸出端，因此積分電路有負反饋和延遲的作用。

圖3.2-1 運算放大電路

電路如圖3.2-2所示，在接通電源時，電容兩端的電壓為零，且輸出電壓等于UZ，所以運放同相輸出端的電壓uP=UzR2=UZF。R1+R2 3 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 此時uO=UZ向C充電，使運放反相端輸入電壓uN不斷上升。在uN小于uP以前，uO=UZ不變。在t=t1時，uN逐漸上升到略高于uP，使uO從高電平跳到低電平，變?yōu)?UZ。

此時通過Rf向C充電，使運放反相輸入端的電壓uNuP=-UZF，uO=-UZ時，逐漸增加。在uN大于uP以前，uO=-UZ大小保持不變。在t等于t2時，uN減小到稍低于uP，則uO從低電平跳到高電平，變?yōu)閁Z，又回到最初狀態(tài)。如此重復，循環(huán)，從而產(chǎn)生振蕩，并輸出方波。

根據(jù)上面的分析，從而可以畫出如下圖uO與uC的波形：

圖3-2-2 uO與uC的波形

有圖波形，并取適當?shù)腞1、R2值，F(xiàn)=R2(R1+R2)，則T=2RfC，得到振蕩頻率為：

3.3 正弦波信號

即又被稱為文氏電橋振蕩器，如圖3-3-1所示其中是由同相運放電路組成的A放大器，如圖3.3-1，Av= VoR=(2+1)VdR1f0=11=T2CRf 4 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

圖3.3-1 文氏電橋振蕩電路 圖3.3-2 同相運放電路

由RC串并聯(lián)組成網(wǎng)絡F，因為運放的輸入阻抗較大，所以輸出阻抗Ro就很小，對網(wǎng)絡F幾乎沒有影響影響，故忽略不計，根據(jù)圖3.3-3得 R VfjωRC+1Fv==1RVo++RjωC1+jωRC =R 1(jωRC+1+R)+RjωC=R1j(ωR2C-)+3RωC 5 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 根據(jù)自激振蕩條件： AF =T=1故有AvFv=AvR=1 因此上式中分母12j(ωRC-)+3RωC 中的虛部必須等于零，即 R2Cw-1=0 ωC ?振蕩頻率ω0=1 CR

上式中實部為1，所以起振條件Av=3 圖3.3-2是同相運放，Av=R2+1 須滿足條件2R1=

R2 R1 圖3.3-3 RC串并聯(lián)

3.4 三角波信號

根據(jù)RC的積分電路輸出和輸入信號波形的關系可得，當輸入信號是方波時，則輸出的信號便是三角波，由此可知，三角波信號發(fā)生器是由RC積分電路和方波信號發(fā)生器組成。下圖3-2-3便是三角波信號發(fā)生器的電路組成。圖中的方波信號發(fā)生器是由A1運算放大器組成，RC積分電路是由A2組成。該電路的設計原理是：由方波信號發(fā)生器輸出方波。反相積分電路由圖中A1，A2和C、R4等組成。

分析可以畫出uO1和uO的波形，如圖3.4-1所示。6 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

圖3.4-1 uO1和uO的波形

電壓uO的上升和下降幅度和時間變量相等，而且上升和下降的斜率的絕對值大小也相等。三角故波uO峰值為：

Uom= UZR2 R1 4R1R4C R2 則在調(diào)整三角波電路時，R1或R2應被先調(diào)整,使峰值達到所需要的值，最后再調(diào)整故振蕩周期： T=2(t2-t1)=R4或C，使頻率f0能滿足要求。4 RC振蕩電路設計

RC振蕩器電路的設計，就是根據(jù)給出的指標要求，選擇適合的電路結(jié)構(gòu)形式，并確定和計算電路中各元件的參數(shù)，在所要求的頻率范圍內(nèi)使它們滿足振蕩的條件，使電路產(chǎn)生正弦波形。RC振蕩器的設計的步驟為：

● 根據(jù)已知的指標參數(shù)，選擇適合的電路形式?！?計算并確定電路中的各元件參數(shù)?！?選擇運算放大器

● 為滿足電路指標要求可通過調(diào)試。四川師范大學成都學院通信原理課程設計

例如：設計一個振蕩頻為800Hz的RC正弦波振蕩器。設計步驟如下: 計算并確定電路中的各元件參數(shù)?！?RC的值可根據(jù)振蕩器的頻率計算。RC= ● 確定R和C的值 1=1.99?10-4(s)2πf0

為了使選頻網(wǎng)絡不受運算放大器輸入和輸出電阻的影響。按：Ri >> R >> R0的關系確定R的值。其中：運算放大器同相端的輸入電阻Ri。為運算放大器的輸出電阻R0。

當R=20kΩ時，則：

1.99?10-4-7C==0.995?10F 320?10 ● 確定R3和Rf 的值（Rf=R4+Rw+rd//R5)根據(jù)振蕩的振幅條件，Rf應大于2R3，取Rf=2.01R3。從而減小波形失真。此外，為了滿足R等于R3并聯(lián)Rf的直流平衡條件，并減小運放輸入失調(diào)的影響。

由Rf=2.01R3和R=R3//Rf可求出：

R3= 取整數(shù)值: R3=30k Ω

所以:Rf=2.01R3=2.01?30?103Ω=60.3kΩ.為了是效果更好, Rf與R3的值還可以通過實驗調(diào)整后確定?！?確定其元件值及電路。

電路由R5和接法相反的二極管D1、D2并聯(lián)而成。

二極管D1、D2 應選用其元件值硅管，因其溫度穩(wěn)定性較高。當然二極管D1、D2的特性必須保持一致，以確保輸出波形的正負半軸對稱?！?R2與R5確定

由于二極管的非線性會導致波形失真，因此，可在二極管的兩端并上一個阻值與rd相近的電阻R5。用來減小非線性失真，然后再經(jīng)過調(diào)整，達到最好效果。便可確定R5，再計算出R2。為了是效果更加明顯,電阻 R2可用50kΩ電阻和40 kΩ的電位器串聯(lián)?！?運放型號的選擇

運放選擇，要求輸入高阻、輸出低阻，而且滿足增益帶寬積：Auo? BW 大于3fo 的 3.13.1?20?103=29.8?103Ω R =2.012.01 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

條件。因為fo=800Hz，所以選擇μA741集成運算放大器。5 放大器功率及ICL8038介紹 5.1 放大器功率

由多級放大器組成的便是電子電路。在工作過程中，電壓放大是由小信號放大電路對輸入信號進行的，再通過功率放大電路將功率放大，以便于控制或驅(qū)動負載電路工作。功率放大器就是以功率放大為目的的電路。低頻功率放大器也稱為功率放大器，是能使低頻信號功率放大的放大器。

如圖5.1-1 OTL 低頻功率放大器所示。其中由晶體三極管T1組成前置放大級（也稱推動級），T2、T3是一組參數(shù)對稱的PNP和NPN型晶體三極管，它們組成OTL功放電路。射極輸出器形式是由每一個管子接成的，因此輸出電阻低，負載能力較強等優(yōu)點，適合功率輸出級。甲類狀態(tài)由T1管工作，此集電極電流IC1是通過電位器RW1進行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供電壓。通過調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3在甲、乙類狀態(tài)得到合適的靜態(tài)電流，以克服失的一端，因此可在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負反饋，一方面改善了非線性失真，同時也能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。R和C2構(gòu)成用于提高輸出電壓正半周的幅度自舉電路，從而得到較大的動態(tài)范圍。C2和R 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態(tài)范圍。主要性能指標是OTL 電路。

在輸出功率P0m的最大不失真理想情況下，在實驗中可測量RL 兩端的電壓有效值通過計算來得實際的

其中由晶體三極管T1組成前置放大級（也稱推動級），T2、T3是一對參數(shù)對稱的NPN和PNP型晶體三極管，互補推挽的OTL功放電路就由它們組成。由于射極輸出器形式是每一個管子連接成的，因此具有輸出低電 阻，負載能力較強等優(yōu)點，適合作用于功率輸出級。甲類狀態(tài)T1管工作，通過調(diào)節(jié)電位器RW1來調(diào)節(jié)它的集電極電流IC1。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供偏電壓。為甲、乙類狀態(tài)在T2、T3得到合適的靜態(tài)電流，可通過調(diào)節(jié)RW2來實現(xiàn)，從而又由于RW1的一端接在A點，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，同時也改善了非線性失真。9 四川師范大學成都學院通信原理課程設計

圖5.1-1 OTL 功率放大器實驗電路 5.2 ICL8038原理介紹

芯片ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，如圖5-3s所示為其內(nèi)部原理電路框圖。ICL8038由恒流電流源I1、I2，觸發(fā)器和電壓比較器C1、C2等組成。電壓比較器C1的門限電壓為2VR/

3、的為VR(VR= VEE+VCC)，可通過調(diào)節(jié)外接電阻確定電流源I1和I2的大小，并且I2必須大于I1。當觸發(fā)器Q端輸出電平低時，I2通過開關S的控制從而使電流源斷開。而電流源I1向外接電容C充電，電壓隨時間變化線性下降，當其下降到小于VC時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，當VC上升到2VR/3時，比較器C1輸出波形會發(fā)生跳變，從而使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，電流源I2接通通過控制開關S。當其上升和下降時間相等時，產(chǎn)生的波形輸出到引腳3，而觸發(fā)器輸出的波形經(jīng)緩沖器輸出到引腳9。三角波由正弦波變換器變成正弦波后由引腳2輸出。由此知ICL8038能輸出三角波、方波和正弦波等三種及三種以上的不同波形。其中，外部接入振蕩電容C，它是通過內(nèi)部兩個恒流電源來完成充電、放電的過程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對電容器C持續(xù)充電，并增加電容電壓，從而達到改變比較器的狀態(tài)改變、輸入電平以及帶動觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來連續(xù)控制的。當觸發(fā)器使恒流源2處于關閉狀態(tài)，電容電壓值是比較器1輸入電壓規(guī)定值的2／3倍時，比較器1的狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時將模擬開關K由B接到A點。因為恒流源2的電流值為2I，比恒流源1大，所以電容器處于放電狀態(tài)，在單位時間內(nèi)電容器端電壓將將發(fā)生改變，為線性下降，當電容電壓值下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的1／3倍時，比較器2狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)到原來的狀態(tài)，周而復始的完成此振蕩過程。四川師范大學成都學院通信原理課程設計 根據(jù)以上分析，上述基本電路中很容易獲得3種函數(shù)信號，倘若電容器在放電過程和在充電過程的時間常數(shù)相等，而且是在電容器充放電時，那么電容電壓輸出的就是三角波函數(shù)，從而三角波信號由此獲得。因為觸發(fā)器的工作狀態(tài)也是由電容電壓的充放電的過程決定的，因此，觸發(fā)器的狀態(tài)通過翻轉(zhuǎn)，就能夠產(chǎn)生方波函數(shù)信號，在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這兩種信號經(jīng)過緩沖器功率的放大，并從管腳3和管腳9輸出可得。滿足方波函數(shù)等信號在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍可適當?shù)倪x擇外部電阻RA和RB和C。所以，對兩個電流源在I和2I電流不等的情況下，可以從最小到最大范圍中循 環(huán)調(diào)節(jié)，并任意選擇調(diào)整，因此，只需要使電容器充放電時間不相等，便可獲得鋸齒波等函數(shù)信號。

圖5.2-1 內(nèi)部原理電路框圖 6 致謝

本課題在選題以及研究過程是在孫活老師的親切關懷和悉心指導下完成的。老師們多次詢問研究設計進程，并為我悉心指點迷津，幫助我開拓思路，耐心點撥、鼓勵。老師們嚴謹細致、一絲不茍的工作作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對老師的感激之情是無法用言語表達的。感謝帶過我的老師對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，從課題的選擇到項目的最終完成，老師們都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬并致以誠摯的謝意和崇高的敬意。

在此，我還要感謝我的5位室友，正是有你們的幫助、理解和支持，我才能克服一個一個的困難，直至順利的完成本文。當然也缺少不了一起愉快度過三年的大

學同學，他們給與我?guī)椭?，支持，我在此也由衷的表示感謝。最后我還要感謝含辛茹苦的把培養(yǎng) 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 我長大的父母，謝謝您們!7 總結(jié)及體會

通過本次課程設計，加強了我們的思考、動手和解決問題的能力，經(jīng)常會遇到不同的情況，心里總想著這樣的接法或許可以行得通，但實際接上電路后才發(fā)現(xiàn)不對，實現(xiàn)不了預想的效果，因此耗在這上面的時間用的比較多。

我覺得做課程設計的同時也鞏固和加強了課本知識，由于課本上的知識太多而且零散，平時課間的學習也并不能很好的理解并運用各個元件的功能，考試內(nèi)容又比較有限，因此在這次課程設計過程中，我了解了很多元件的功能以及使用。平時看課本學習書本知識時，有時問題總是弄不懂，可做完設計，那些不是問題的問題就迎刃而解了。甚至還記住很多東西，受益匪淺。如一些芯片的功能及作用，平時看課本講解，看一次忘一次，沒從根本上理解。通過這次動手實踐讓我對各個元件印象深刻。所以認識、了解來源于實踐，實踐才是認識的動力和最終目的，實踐出真理。所以這次的設計對我的學習和幫助作用都非常大的。

通過該次設計，在理論學習時，很少會有實踐的機會，但我們學院可以，而且設計制作也是一個團隊的任務！一起的學習工作中可以讓我們團結(jié)一致，相互幫助，默契配合，多少歡樂在這里灑下。我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)合作的精神。這次實驗設計必將成為我人生旅途上的一個非常美好的回憶！

通過對此課程設計是我認識到，電路設計需要我們耐心，需要縝密的整套思維邏輯，要求我們學會分析。懂得只有理論知識是遠遠不夠的，只有將理論和實踐結(jié)合起來才能順利完成。我期盼在今后的學習過程中能讓學生更加的接近器材，獨立完成很多知識不能只看表面，要深究其真正作用才行，需要不斷積累經(jīng)驗。所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是得自己親自動手才能印象深刻。這次的課程設計終于順利完成了，在設計中也遇到了很多專業(yè)知識問題，最后通過老師的辛勤指導，終于迎刃而解了。經(jīng)過老師的悉心指導，我們學也到了很多實用的知識，在次我表示深深感謝！同時，對給過我?guī)椭椭С值乃型瑢W及各位指導老師再次表示忠心的感謝！四川師范大學成都學院通信原理課程設計 附錄1 系統(tǒng)原理圖

圖1 系統(tǒng)原理圖 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 附錄2 系統(tǒng)元件清單 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 附錄3 系統(tǒng)PCB圖

圖2 信號發(fā)生器圖 四川師范大學成都學院通信原理課程設計 參考文獻

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第三篇：函數(shù)信號發(fā)生器設計任務書

目錄

一、設計的任務和要求............................................................................二、已知條件...................................................................三、函數(shù)發(fā)生器的具體方案...................................................................1 總的原理框圖及總方案..............................................................2 各組成部分工作原理..................................................................3總電路圖........................................................................................四、電路的參數(shù)選擇與仿真.................................................................五、實驗結(jié)果分析..............................................................附錄:電

路

原

理

和

元

器

件

列表..........................................................................................一． 設計的任務和要求

1.設計任務

設計方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器 2.設計目的

（1）鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學知識的能力。

（2）培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學參考書籍,查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關問題，學會自己分析并解決問題的方法。

（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設計計算和選取元器件；初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。

（4）了解與課題有關的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設計任務書的要求，完成設計任務，編寫設計說明書，正確地反映設計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。

（5）培養(yǎng)嚴肅、認真的工作作風和科學態(tài)度。

3.性能指標要求

（1）輸出波形：正弦波、方波、三角波等；（2）頻率范圍：10Hz～500Hz；

（3）輸出電壓：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V； 波形特征：方波tr<100μS，三角波失真系數(shù)THD<2%，正弦波失真系數(shù)THD<5%。

二、已知條件：

雙運放358一只、三極管3DG6四只（β約為60）

三、函數(shù)發(fā)生器的具體方案

1.總的原理框圖及總方案

圖1 函數(shù)信號發(fā)生器原理圖

多波形信號發(fā)生器方框圖如圖1所示。

本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。并采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法：

由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。設計差分放大器時，傳輸特性曲線要對稱、線性區(qū)要窄，輸入的三角波的的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

2.各組成部分的工作原理

2.1 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理

圖2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路

圖2為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路，其中運算放大器用雙運放uA741。

工作原理如下：

若a點斷開，運算發(fā)大器A1（左）與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放A2（右）與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1,則積分器的輸出電壓Uo2為

UO2??1UO1dt

(R4?RP2)C2??(?VCC)?VCCt?t

(R4?RP2)C2(R4?RP2)C2VCC?(?VEE)t?t

(R4?RP2)C2(R4?RP2)C

2當UO1??VCC時，UO2? 當UO1??VEE時，UO2?由此可見積分器在輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系如下圖3所示

圖3 方波--三角波波形關系

若a點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。

三角波的幅度為：UO2m?R2VCC

R3?RP1R3?RP1

4R2(R4?RP2)C2方波-三角波的頻率f為： f?

由以上兩式可以得到以下結(jié)論：

1.電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現(xiàn)頻率微調(diào)。

2.方波的輸出幅度應等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。

2.2 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路工作原理

圖4 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路

圖（4）為實現(xiàn)三角波—正弦波變換的電路。其中Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp4調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。三角波-正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。差分放大器采用單入單出方式。三角波-正弦波波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

差分放大器傳輸特性曲線的非線性及三角波-正弦波變換原理如下圖：

圖5 三角波-正弦波變換原理

分析表明，傳輸特性曲線的表達式為：

IC2?aIE2?aI0aI0I?aI?

C1E11?eUid/UT1?e?Uid/UT上式中：a?IC/IE?1；I0—差分放大器的恒定電流；

UT—溫度的電壓當量，當室溫為25℃時，UT≈26mV。

如果Uid為三角波，設表達式為

UidT???4Um?T?0?t?t?????T?4?2??????

??4Um?t?3T?T?????t?T???4???T?2?式中：Um—三角波的幅度；T—三角波的周期。

為使輸出波形更接近正弦波，由圖5可知：（1）傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；

（2）三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。

3.總電路圖

整個設計電路如圖6所示：

圖6 方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器

四、電路的參數(shù)選擇與電路仿真

本課題采用Multisim 7作為仿真軟件。

Multisim是Interactive Image Technologies(Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。

Multisim 7通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設計電路；通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；借助高級電路分析, 理解基本設計特征；本課題使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。

1.方波--三角波部分

參數(shù)選擇：取才C2=0.47μ

F，C2的取值很重要，按照你電阻的值，要取相應的值，取值不對，會直接影響到你波形輸出與否。

調(diào)節(jié)RP1和RP2，微調(diào)Rp1，使三角波的輸出幅度滿足設計要求，調(diào)節(jié)Rp2，則輸出頻率在對應波段內(nèi)連續(xù)可變。

方波-三角波電路的仿真：

在Multisim 7中按方波-三角波轉(zhuǎn)換電路圖（圖2）接線。調(diào)節(jié)Rp1和Rp2到設定值，檢查無誤后，在正確位置接上示波器觀察輸出波形。

仿真電路圖如下：

圖7 方波—三角波仿真電路圖 2.三角波--正弦波部分

參數(shù)選擇：C4=470Μf,C5=C6=0.1μF；R6= 5.1KΩ（R6阻值只要大于5）

三角波--正弦波電路的仿真：

在Multisim 10.1中按方波-三角波轉(zhuǎn)換電路圖（圖4）接線。保證參數(shù)正確，檢查無誤后，在正確位置接上示波器觀察輸出波形。

仿真電路圖如下：

圖8 三角波—正弦波仿真電路圖

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖如下：

圖9 方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖

五、實驗結(jié)果分析

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是分成兩個部分來做的，先做方波—三角波產(chǎn)生電路，再做三角波—正弦波變換電路，然后把兩張圖用線連接成一張完整的大圖。

方波—三角波產(chǎn)生電路中的C1其實可以去掉不要的，如果要用的話，取值要比較小，這樣才不會影響電路。我的RP2的阻值是200Ω，開始設置的C2是0.1μF，但是總是出不來波形，后來老師說，C2的值太小了。經(jīng)過我多次的試驗，發(fā)現(xiàn)0.47μF是最為合適的。最后還要調(diào)節(jié)RP1和RP2，確保頻率范圍為10Hz～500Hz。

三角波—正弦波變換電路中C1=470μF，C5=C6=0.1μF，R6=5.1KΩ。R6開始設的值是3.3KΩ，然后仿真就是沒有波形出來，問了同學，研究了一會兒，也才知道，R6的阻值必須要大于5KΩ，這樣之后才有波形出來了。最后還是一樣的，調(diào)節(jié)Rb1,，測試頻率范圍。

最后當兩張圖連在一起之后，不僅要看波形，還要測試輸出電壓：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V。當一切要求都滿足之后，所有的函數(shù)發(fā)生器設計就完成了。

像做這種實驗，要的必須是耐心，還有朋友的幫助，老師的指導，必須做到齊心協(xié)力，否則成功的幾率是非常小的。

附錄1：電路原理圖

附錄二：元器件清單

直流穩(wěn)壓電源：一臺 低頻信號發(fā)生器：一臺 低頻毫伏表：一臺 雙蹤示波器：一臺 萬用表：一塊 晶體管圖示儀：一臺 失真度測試儀：一臺 電阻：100Ω：1個

1KΩ：2個

2KΩ：2個

3.3KΩ：1個

5.1KΩ：3個

10KΩ：3個

KΩ:2個 滑動變阻器：47KΩ：2個

200KΩ：一個

1KΩ：一個 電容：0.1μF：兩個

0.47μF：一個

10μF：一個

470μF：一個

三極管3DG6:四個 雙運放358：一只

第四篇：函數(shù)信號發(fā)生器課程設計

一 緒論

1.1 函數(shù)信號發(fā)生器的應用意義

函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件也可以是集成電路。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用有集成運算放大器與晶體差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。具體方法是由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

通過此次設計，我們能將理論知識很好的應用于實踐，不僅鞏固了書本上的理論知識，而且鍛煉了我們獨立查閱資料、設計電路、獨立思考的能力

1.2設計任務

設計能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的函數(shù)信號發(fā)生器電路

1.3設計要求

1）輸出各種波形工作頻率范圍：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。

2)輸出電壓：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。3)波形特征：幅度連續(xù)可調(diào)，線性失真小。

4)選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計;計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出各部分原理圖，闡述基本原理。

1.4設計方案

函數(shù)信號發(fā)生器是是由基礎的非正弦信號發(fā)生電路和正弦波形發(fā)生電路組合而成。由運算放大器單路及分立元件構(gòu)成，方波——三角波——正弦波函數(shù)信號發(fā)生器一般基本組成框圖如圖1所示。

圖1 函數(shù)信號發(fā)生器框圖

1、方波—三角波—正弦波信號發(fā)生器電路有運算放大器及分立元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。他利用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波通過積分產(chǎn)生三角波輸出，三角波通過差分放大電路產(chǎn)生正弦波輸出。

2、利用差分放大電路實現(xiàn)三角波—正弦波的變換

波形變換原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示

圖 2 三角波和正弦波得轉(zhuǎn)換示意圖

由圖2可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度Uim應正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。

二

函數(shù)信號發(fā)生器各單元電路的設計

2.1方波產(chǎn)生電路圖及元件參數(shù)的確定

2.1.1 方波產(chǎn)生電路 如圖3所示

圖 3 方波發(fā)生電路

2.1.2 元件參數(shù)的確定

圖3中U2構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波?？勺冸娙軨1具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。使產(chǎn)生的頻率范圍在10~~100Hz。方波振蕩周期

T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

C1的值可以改變電 R1=7K，R3=7K，R4=7K。

振蕩頻率 f = 1/T?？梢?，f與C1成反比，調(diào)整電容路的振蕩頻率。圖中穩(wěn)壓管 D1 D2 為調(diào)整方波幅值，UP-P = D1 +D2。

2.2方波—三角波轉(zhuǎn)換電路圖及元件參數(shù)確定

2.2.1 方波—三角波轉(zhuǎn)換電路 如圖 4 所示

圖 4 方波-三角波電路圖

2.2.2 方波→三角波的參數(shù)確定

圖4中U2構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波?？勺冸娙軨1具有調(diào)頻作用，可用于調(diào)節(jié)方波的頻率。運算放大器U1與電阻R5及電容C2構(gòu)成積分電路，用于將U2電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。

圖中R6在調(diào)整方波—三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以調(diào)節(jié)可變電容C2。

三角波部分參數(shù)設定如下：

對于輸出三角波 其振蕩周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，f = 1/T。而要調(diào)整輸出三角波的振幅，則需要調(diào)整可變電容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。

2.3正弦波參數(shù)電路及元件參數(shù)確定

2.3.1 正弦波參數(shù)電路 如圖 5 所示

圖 5 三角波-正弦波電路圖

2.3.2正弦波的參數(shù)確定

.改變輸入頻率，是電路中的頻率一定時三角波頻率為固定或變化范圍很小。加入低通濾波器，而將三角波轉(zhuǎn)化為正弦波。在圖5中當改變輸入頻率后，三角波與正弦波的幅度將發(fā)生相應改變。由于

振蕩周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，C2為調(diào)節(jié)三角波的幅度使UP-P = 5V，R10調(diào)節(jié)輸出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波→正弦波的變換主要用差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強等優(yōu)點。特別是做直流放大器時，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。

2.4方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器整體電路圖

根據(jù)以上設計，畫出方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖如圖 6 所示。

圖 6

方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖

3、電路的仿真調(diào)試

3.1 利用Multisim軟件畫出電路圖，模擬電路結(jié)果，觀察各波形的輸出。

3.1.1 方波、三角波產(chǎn)生電路的仿真波形如圖7所示

圖7 方波、三角波仿真圖形

3.1.2 方波—三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真 如圖 8 所示

圖 8 方波—三角波仿真圖形

3.1.3三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真

圖

三角波—正弦波仿真圖形

3.1.4 方波—三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路仿真

圖

方波—三角波—正弦波仿真圖形

3.1.4結(jié)果分析

輸出電壓

方波信號接入示波器仿真，調(diào)節(jié)C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信號并接入三角波信號，調(diào)節(jié)C2，測得三角波峰峰值Upp=5 V；將正弦波信號接入示波器，調(diào)節(jié)R10，測得正弦波峰峰值Upp=3V。

第五篇：函數(shù)信號發(fā)生器設計

函數(shù)信號發(fā)生器設計設計任務與要求

⑴ 設計并制作能產(chǎn)生正弦波、矩形波（方波）和三角波（鋸齒波）的函數(shù)發(fā)生器，本信號發(fā)生器可以考慮用專用集成芯片（如5G8038等）為核心實現(xiàn)。⑵ 信號頻率范圍： 1Hz∽100kHz；

⑶ 頻率控制方式：

① 手控通過改變RC參數(shù)實現(xiàn)；

② 鍵控通過改變控制電壓實現(xiàn)；

③ 為能方便地實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，建議將頻率分檔；

⑷ 輸出波形要求

① 方波上升沿和下降沿時間不得超過200nS，占空比在48%∽50%之間；② 非線性誤差≤2%；

③ 正弦波諧波失真度≤2%；

⑸ 輸出信號幅度范圍：0∽20V；

⑹ 信號源輸出阻抗：≤1Ω；

⑺ 應具有輸出過載保護功能；

⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號頻率和電壓幅值功能。