第一篇：函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計參考

函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與制作

函數(shù)信號發(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子儀器。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（如視頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管），也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊5G8038）。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及設(shè)計、調(diào)試技術(shù)，本課題要求設(shè)計由集成運(yùn)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。

一、設(shè)計任務(wù)書

1．設(shè)計課題

函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計。

2.主要技術(shù)指標(biāo)

1）輸出波形：正弦波、方波、三角波等

2）頻率范圍：10～100Hz，1000HZ～１０KＨz 3)輸出電壓：方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U>1V； 4)波形特征：方波tr<10s（1kHz，最大輸出時），三角波失真系數(shù)THD<2%，正弦波失真系數(shù)THD<5%。

二、設(shè)計過程舉例

1.課題分析

根據(jù)任務(wù)，函數(shù)信號發(fā)生器一般基本組成框圖如圖1所示。讀者可參閱有關(guān)參考資料，具體分析工作過程。

圖1 函數(shù)信號發(fā)生器框圖

2．方案論證

（1）確立電路形式及元器件型號

1）方波-三角波電路

圖2所示為產(chǎn)生方波-三角波電路。工作原理如下：若a點短開，運(yùn)算放大器A1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)。

圖2方波-三角波產(chǎn)生電路

由圖2分析可知比較器有兩個門限電壓

Uth1??R2VCC

R3?RP1R2VCC

R3?RP1Uth2?運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1時，則輸出積分器的電壓為

Uo2??1Uo1dt ?(R4?RP)C12當(dāng)Uo1=+VCC時

Uo2??VCCt

(R4?RP1)C2當(dāng)Uo1=-VEE時

Uo2?VEEt

(R4?RP)C12可見積分器輸入方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖3所示。

圖3

方波-三角波波形

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?RP1方波-三角波的頻率為

f?R3?RP1

4R2(R4?RP)C12由上分析可知：

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。

②方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓。電位器RP1可實現(xiàn)幅度上下微調(diào)，但會影響波形的頻率。2）三角波→正弦波的變換

三角波→正弦波的變換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、抗干擾能力強(qiáng)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。其非線性及變換原理如圖4所示。

圖4

三角波→正弦波的變換原理

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(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。

圖5為三角波→正弦波的變換的電路。其中RP1調(diào)節(jié)三極管的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減少差分放大器的線性區(qū)。電容C1、C2、C3為隔直電容，C4為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。

圖5 三角波→正弦波變換電路 整個設(shè)計電路采用如圖6所示。其中運(yùn)算放大器A1、A2用一只雙運(yùn)放μA747，差分放大器采用單入、單出方式，四只晶體管用集成電路差分對管BG319或雙三極管2SC9011、9013等。取電源電壓為±12V。

2）計算元件參數(shù)

比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下： 由于

Uo2m?因此

R2VCC

R3?RP1UR241?o2m??

R3?RPV1231cc取R3=10kΩ,則R3+RP1=30 kΩ，取R3=20kΩ, RP1為47 kΩ的電位器。取平衡電阻R1=R2//（R3+RP1）≈10 kΩ。

因為

f?R3?RP1

4R2(R4?RP)C12當(dāng)1Hz≤f≤10Hz時，取C2=10μF，則R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1 kΩ，RP2為100 kΩ電位器。當(dāng) 19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4、RP2的值不變。取平衡電阻R5=10 kΩ。

三角波→正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得大，因為輸出頻率較低，取C3=C4=C5=470μF，濾波電容C6一般為幾十皮法至0.1μF。RE2=100Ω與RP4=100Ω，相并聯(lián)，以減少差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。

3．方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖

根據(jù)以上設(shè)計，并將計算結(jié)果應(yīng)用于電路中，可畫出實際方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路原理圖如圖6所示。

圖6方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖

4．安裝與調(diào)試 圖6所示方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級單元電路組成的，在裝調(diào)多級電路時，通常按照單元電路的先后順序進(jìn)行分級裝調(diào)與級聯(lián)。

（1）方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào)

由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計值，如設(shè)計舉例題中，應(yīng)先使RP1=10KΩ，RP2?。?.5~70）Ω內(nèi)的任一阻值,否則電路可能會不起振.只要電路接線正確,上電后,U01的輸出為方波,U02的輸出為三角波,微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計指標(biāo)要求,調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率在對應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變.（2）三角波-正弦波變換電路的裝調(diào)

按照圖6所示電路，裝調(diào)三角波-正弦波變換電路，其中差分放大器可利用課題三設(shè)計完成的電路。電路的調(diào)試步驟如下：

1）經(jīng)電容C4輸入差模信號電壓uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R*，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特曲線形狀如圖3-73所示，記下此時對應(yīng)的uid，即uidm值。移去信號源，再將C4左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點I0、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。

2）將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng)RP3后輸出等于uidm值，這時U03的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖4.2.21所示的幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有： ①鐘形失真 如圖7（a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小RE2。

②半波圓頂或平頂失真 如圖7（b）如示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*。

③非線性失真 如圖圖7（c）所示，三角波的線性度較差引起的非線性失真，主要受運(yùn)放性能的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)（如C6=0.1mF）改善輸出波形。

圖7 幾種正弦波失真

3）性能指標(biāo)測量與誤差分析

①方波輸出電壓UP-P≤2VCC是因為運(yùn)放輸出級由NPN型與PNP型兩種晶體管組成復(fù)補(bǔ)對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。

②方波的上升時間tr，主要受運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制。如果輸出頻率較高，可接入加速電容C1（圖2），一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測量tr。

實驗與思考題

1．在三角波 正弦波變換電路中，差分對管射極并聯(lián)電阻RE2有何作用？增大RE2的值或用導(dǎo)線將RE2短接，輸出正弦波有何變化？為什么？

1． 三角波的輸出幅度是否可以超過方波的幅度？如果正負(fù)電源電壓平等，輸出波形如何？ 實驗證明之。

2． 為什么在安裝RP1、RP2時，要先將其調(diào)整到設(shè)計值？ 3． 你采取了哪些措施來改善輸出正弦波的波形？

4． 如果方波的幅度減小為低于電源電壓的某一固定電壓值，則比較器的輸出電路應(yīng)如何變 化，畫出設(shè)計的電路，并實驗證明。

5． 用差分放大器實現(xiàn)三角波、正弦波的變換，有何優(yōu)缺點？為什么？

6． 三角波的非線性系數(shù)?△ 與哪些因素有關(guān)？如何減小正弱波的非線性失真系數(shù)?－？ 7． 如何將方波－三角波發(fā)生器改變成矩形波，鋸齒波發(fā)生器？畫出設(shè)計的電路，并用實驗 證明，繪出波形。

8． ICL8038的輸出頻率與哪些參數(shù)有關(guān)？如何減小波形失真？裝調(diào)圖8所示電路，測試靜 態(tài)工作點與輸出波形。

9． 用ICL8038設(shè)計產(chǎn)生脈沖波、調(diào)頻波、鋸齒波裝調(diào)電路，測試靜態(tài)工作點與輸出波形。

第二篇：函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計

函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求

⑴ 設(shè)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(yīng)具有輸出過載保護(hù)功能；

⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號頻率和電壓幅值功能。

第三篇：低頻函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計

實驗報告

課程名稱：

電子系統(tǒng)綜合設(shè)計

指導(dǎo)老師：

周箭

成績：

實驗名稱：低頻函數(shù)信號發(fā)生器（預(yù)習(xí)報告）實驗類型：

同組學(xué)生姓名：

一、課題名稱

低頻函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計

二、性能指標(biāo)

（1）同時輸出三種波形：方波，三角波，正弦波；（2）頻率范圍：10Hz～10KHz；

（3）頻率穩(wěn)定性：（4）頻率控制方式：

① 改變RC時間常數(shù)；

； ② 改變控制電壓V1實現(xiàn)壓控頻率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分為10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。

（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波線性度δ/Vom<1%，正弦波失真度

；

（6）輸出方式：

a)做電壓源輸出時

輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓不小于20V 負(fù)載RL=100Ω～1KΩ時，輸出電壓相對變化率ΔVO/VO<1% b)做電流源輸出時

輸出電流幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流不小于200mA 負(fù)載RL=0Ω～90Ω時，輸出電流相對變化率ΔIO/IO<1% c)做功率源輸出時

最大輸出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有輸出過載保護(hù)功能

三、方案設(shè)計

根據(jù)實驗任務(wù)的要求，對信號產(chǎn)生部分，一般可采用多種實現(xiàn)方案：如模擬電路實現(xiàn)方案、數(shù)字電路實現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案等。

數(shù)字電路的實現(xiàn)方案

一般可事先在存儲器里存儲好函數(shù)信號波形，再用D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行逐點恢復(fù)。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號波形的存儲點數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個電路的時序處理等。其信號頻率的高低，是通過改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來實現(xiàn)的。

數(shù)字電路的實現(xiàn)方案在信號頻率較低時，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號頻率的提高，需要提高數(shù)字量輸入的速率，或減少波形點數(shù)。波形點數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。因此，該方案比較適合低頻信號，而較難產(chǎn)生高頻（如>1MHz）信號。

模數(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案

一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號波形，而用數(shù)字方式改變信號的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號的幅度等，是一種常見的電路方式。

模擬電路的實現(xiàn)方案

是指全部采用模擬電路的方式，以實現(xiàn)信號產(chǎn)生電路的所有功能。由于教學(xué)安排及課程進(jìn)度的限制，本實驗的信號產(chǎn)生電路，推薦采用全模擬電路的實現(xiàn)方案。

模擬電路的實現(xiàn)方案有幾種：

①用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波。但要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號，存在較大的難度。原因是積分電路的積分時間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時改變。若要保持三角波輸出幅度不變，則必須同時改變積分時間常數(shù)的大小，要實現(xiàn)這種同時改變電路參數(shù)的要求，實際上是非常困難的。

② 由三角波、方波發(fā)生器產(chǎn)生三角波和方波信號，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號轉(zhuǎn)換成正弦波信號，該電路方式也是本實驗信號產(chǎn)生部分的推薦方案。這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號。而正弦波信號的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細(xì)介紹。

四、單元電路分析

1、三角波，方波發(fā)生器

由于比較器+RC電路的輸出會導(dǎo)致VC線性度變差，故采用另一種比較器+積分器的方式

積分器

同相滯回比較器

由積分器A1與滯回比較器A2等組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖所示。在一般使用情況下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對稱時，可通過改變V+1和V-2的大小和方向加以調(diào)整。

合上電源瞬間，假定比較器輸出為低電平，vO2=VOL=-VZ。積分器作正方向積分，vO1線性上升，vp隨著上升，當(dāng)vp>0時，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，vO2=VOH=+VZ。積分器又開始作負(fù)方向積分，vO1線性下降，vp隨著下降，當(dāng)vp<0時，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為低電平，vO2=VOH=-VZ。

取C三種值:0.1uF 對應(yīng)10-100Hz； 0.01uF 對應(yīng)100-1kHz； 0.001uF 對應(yīng)1k-10kHz。調(diào)節(jié)R23的比值可調(diào)節(jié)幅度，再調(diào)節(jié)R，可調(diào)節(jié)頻率大小。

2、正弦波轉(zhuǎn)換電路 常用方法有使用傅里葉展開的濾波法，使用冪級數(shù)展開的運(yùn)算法，和轉(zhuǎn)變傳輸比例的折線法。但前二者由于其固有的缺陷：使用頻率小，難以用電子電路實現(xiàn)的原因，在本實驗中舍棄，而采取最普遍的折線法。

折線法是一種使用最為普遍、實現(xiàn)也較簡單的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方法。折線法的轉(zhuǎn)換原理是，根據(jù)輸入三角波的電壓幅度，不斷改變函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的傳輸比率，也就是用多段折線組成的電壓傳輸特性，實現(xiàn)三角函數(shù)到正弦函數(shù)的逼近，輸出近似的正弦電壓波形。由于電子器件（如半導(dǎo)體二極管等）特性的理想性，使各段折線的交界處產(chǎn)生了鈍化效果。因此，用折線法實現(xiàn)的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實際效果往往要優(yōu)于理論分析結(jié)果。

用折線法實現(xiàn)正弦函數(shù)的轉(zhuǎn)換，可采用無源和有源轉(zhuǎn)換電路形式。無源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，是指僅使用二極管和電阻等組成的轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）二極管通路以改變轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的衰減比，輸出近似的正弦電壓波形。

有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路除二極管、電阻網(wǎng)絡(luò)外，還包括放大環(huán)節(jié)。也是根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）網(wǎng)絡(luò)通路以改變轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)，輸出近似的正弦電壓波形。

有

源

正

弦

函

數(shù)

若設(shè)正弦波在過零點處的斜率與三角波斜率相同，即

則有，由此，可推斷出各斷點上應(yīng)校正到的電平值：

方案一，使用二極管控制形成比例放大器，使得運(yùn)放在不同時間段有不同的比例系數(shù)

方案二，用二極管網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)逐段校正，運(yùn)放A組成跟隨器，作為函數(shù)轉(zhuǎn)換器與輸出負(fù)載之間的隔離（或稱為緩沖級）。

當(dāng)輸入三角波在T/2 內(nèi)設(shè)置六個斷點以進(jìn)行七段校正后，可得到正弦波的非線性失真度大致在1.8 % 以內(nèi)，若將斷點數(shù)增加到12 個時，正弦波的非線性失真度可在0.8 %以內(nèi)。3 輸出級電路 根據(jù)不同負(fù)載的要求，輸出級電路可能有三種不同的方式。

(1)電壓源輸出方式

電壓源輸出方式下，負(fù)載電阻RL通常較大，即負(fù)載對輸出電流往往不提出什么要求，僅要求有一定的輸出電壓。同時，當(dāng)負(fù)載變動時，還要求輸出電壓的變化要小，即要求輸出級電路的輸出電阻RO足夠小。為此，必須引入電壓負(fù)反饋

圖（a）電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC 和VEE 分別為±15V時，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路，如圖12（b）所示。

(2)電流源輸出方式

在電流源輸出方式下，負(fù)載希望得到一定的信號電流，而往往并不提出對輸出信號電壓的要求。同時，當(dāng)負(fù)載變動時，還要求輸出電流基本恒定，即要求有足夠大的輸出電阻Ro。為此，需引入電流負(fù)反饋。

圖（a）電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC 和VEE 分別為±15V時，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路，如圖（b）所示。

a）為一次擴(kuò)流電路，T1 和T2 組成互補(bǔ)對稱輸出。運(yùn)放的輸出電流IA中的大部分將

圖（作為T1、T2 的基極電流，所以IO = βIA。圖（b）為二次擴(kuò)流電路，用于要求負(fù)載電流IO 較大的場合。復(fù)合管T1、T2和T3、T4 組成準(zhǔn)互補(bǔ)對稱輸出電路。

(3)功率輸出方式

在功率輸出方式下，負(fù)載要求得到一定的信號功率。由于晶體管放大電路電源電壓較低，為得到一定的信號功率，通常需配接阻值較小的負(fù)載。電路通常接成電壓負(fù)反饋形式。如用運(yùn)放作為前置放大級，還必須進(jìn)行擴(kuò)流。當(dāng)RL較大時，為滿足所要求的輸出功率，有時還必須進(jìn)行輸出電壓擴(kuò)展。

靜態(tài)時，運(yùn)放輸出為零，– 20V電源通過下列回路：運(yùn)放輸出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置電流 R6 ,C3 和R7 ,C4 組成去耦濾波電路。需要注意的是幾個晶體管的耐壓限流以及最大功率值。

其中調(diào)節(jié)W可改變晶體管的靜態(tài)工作電流，從而克服交越失真。

4)輸出級的限流保護(hù) 由于功率放大器的輸出電阻很小，因而容易因過載而燒壞功率管。因此需要進(jìn)行限流保護(hù)。

圖（a）是一種簡單的二極管限流保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)生過流（I o過大）時，R3、R4 上的壓降增大到足以使D3、D4 導(dǎo)通，從而使流向T1、T2 基極的電流信號I1、I2 分流，以限制I o 的增大。

圖（b）是另一種限流保護(hù)電路，T3、T4 是限流管。當(dāng)I o 過大，R5、R6 上的壓降超過0.6V時，T3、T4 導(dǎo)通防止了T1、T2 基極信號電流的進(jìn)一步增大。I o 的最大值為 0.6/R5，R3、R4 用來保護(hù)限流管T3、T4。

五、仿真分析

以1KHz為例即C=1nF

三角波方波發(fā)生電路

方波下降沿時間4.3μs

三角波峰值

改變RP2

改變RP1

調(diào)節(jié)占空比

調(diào)節(jié)偏移量

正弦波轉(zhuǎn)換器

三角波轉(zhuǎn)換正弦波，三角波放大后輸出峰峰值10V

靜態(tài)工作點

改變靜態(tài)工作點（調(diào)節(jié)RP45）發(fā)生失真

功率放大電路

功率放大波形，輸入為之前的正弦波，變阻器衰減后最大不失真輸出電壓

總電路圖，模塊形式

衰減前的輸入信號與輸出信號

由仿真結(jié)果來看，基本滿足設(shè)計要求，準(zhǔn)備按仿真電路設(shè)計實際電路。

六、仿真心得

在仿真的過程中出現(xiàn)了一下幾個問題，但后來都分別排查掉了，希望實際連接時不再犯。

1、運(yùn)放未接電源導(dǎo)致沒有波形

2、變阻器接入阻止過小或過大導(dǎo)致沒有信號或失真（尤其需要注意）

3、Lm324故障無法解決導(dǎo)致用了LM353代替

第四篇：函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計論文.

四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計 目 錄

前言.....................................................................1 1 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計任務(wù)................................................1 1.1 設(shè)計提議...........................................................1 1.2 方案論證與研究.....................................................1 2 方案設(shè)計..............................................................2 2.1 項目指標(biāo)...........................................................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(shè)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(yùn)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(yùn)

放反相輸出端，因此積分電路有負(fù)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(shè)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計 參考文獻(xiàn)................................................................16 II 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)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(xué)生學(xué)習(xí)、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(guān)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(shè)計任務(wù) 1.1 設(shè)計提議

產(chǎn)品開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等領(lǐng)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(shè)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(guān)系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(shè)計

2.1 項目指標(biāo) 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(dá)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(jìn)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(guān)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(shè)計采用的是第二種方案。3 設(shè)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\(yùn)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(chǔ)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(jìn)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(yùn)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(yùn)放反相輸出端，因此積分電路有負(fù)反饋和延遲的作用。

圖3.2-1 運(yùn)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(yùn)放同相輸出端的電壓uP=UzR2=UZF。R1+R2 3 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計 此時uO=UZ向C充電，使運(yùn)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(yùn)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(fù)，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(dāng)?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(yùn)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計

圖3.3-1 文氏電橋振蕩電路 圖3.3-2 同相運(yùn)放電路

由RC串并聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)F，因為運(yùn)放的輸入阻抗較大，所以輸出阻抗Ro就很小，對網(wǎng)絡(luò)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(yùn)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(guān)系可得，當(dāng)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(yùn)算放大器組成，RC積分電路是由A2組成。該電路的設(shè)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(yīng)被先調(diào)整,使峰值達(dá)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(shè)計

RC振蕩器電路的設(shè)計，就是根據(jù)給出的指標(biāo)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(shè)計的步驟為：

● 根據(jù)已知的指標(biāo)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(yùn)算放大器

● 為滿足電路指標(biāo)要求可通過調(diào)試。四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計

例如：設(shè)計一個振蕩頻為800Hz的RC正弦波振蕩器。設(shè)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(luò)不受運(yùn)算放大器輸入和輸出電阻的影響。按：Ri >> R >> R0的關(guān)系確定R的值。其中：運(yùn)算放大器同相端的輸入電阻Ri。為運(yùn)算放大器的輸出電阻R0。

當(dāng)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(yīng)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(yùn)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(yīng)選用其元件值硅管，因其溫度穩(wěn)定性較高。當(dāng)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(fù)半軸對稱?！?R2與R5確定

由于二極管的非線性會導(dǎo)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(dá)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(yùn)放型號的選擇

運(yùn)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計

條件。因為fo=800Hz，所以選擇μA741集成運(yùn)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(jìn)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(fù)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(fù)載能力較強(qiáng)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(jìn)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(fù)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(biāo)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(bǔ)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(fù)載能力較強(qiáng)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(fù)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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(dāng)觸發(fā)器Q端輸出電平低時，I2通過開關(guān)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(dāng)其下降到小于VC時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，當(dāng)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)楦唠娖剑娏髟碔2接通通過控制開關(guān)S。當(dāng)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(dá)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(dāng)觸發(fā)器使恒流源2處于關(guān)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(guān)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(dāng)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(fù)始的完成此振蕩過程。四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(dāng)?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(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。老師們多次詢問研究設(shè)計進(jìn)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(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)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(dá)的。感謝帶過我的老師對我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)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(xì)心的指導(dǎo)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(dāng)然也缺少不了一起愉快度過三年的大

學(xué)同學(xué)，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(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)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(shè)計，加強(qiáng)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(yù)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(shè)計的同時也鞏固和加強(qiáng)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(xué)習(xí)也并不能很好的理解并運(yùn)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(shè)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(xué)習(xí)書本知識時，有時問題總是弄不懂，可做完設(shè)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(rèn)識、了解來源于實踐，實踐才是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐出真理。所以這次的設(shè)計對我的學(xué)習(xí)和幫助作用都非常大的。

通過該次設(shè)計，在理論學(xué)習(xí)時，很少會有實踐的機(jī)會，但我們學(xué)院可以，而且設(shè)計制作也是一個團(tuán)隊的任務(wù)！一起的學(xué)習(xí)工作中可以讓我們團(tuán)結(jié)一致，相互幫助，默契配合，多少歡樂在這里灑下。我認(rèn)為我們的工作是一個團(tuán)隊的工作，團(tuán)隊需要個人，個人也離不開團(tuán)隊，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)合作的精神。這次實驗設(shè)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(shè)計是我認(rèn)識到，電路設(shè)計需要我們耐心，需要縝密的整套思維邏輯，要求我們學(xué)會分析。懂得只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)習(xí)過程中能讓學(xué)生更加的接近器材，獨(dú)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(shè)計終于順利完成了，在設(shè)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(dǎo)，終于迎刃而解了。經(jīng)過老師的悉心指導(dǎo)，我們學(xué)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(xué)及各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計 附錄1 系統(tǒng)原理圖

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

圖2 信號發(fā)生器圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計 參考文獻(xiàn)

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第五篇：函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計實驗報告

函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計

實驗報告

院 系：電子工程學(xué)院

班 級：2012211209 姓 名：陳炳文 班內(nèi)序號：

學(xué) 號：

0

實驗?zāi)康模?/p>

設(shè)計一個設(shè)計制作一個可輸出方波、三角波、正弦波信號的函數(shù)信號發(fā)生器。

1，輸出頻率能在1—10KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，無明顯失真；

2，方波輸出電壓Uopp = 12V,上升、下降沿小于10us（誤差<20%）； 3，三角波Uopp = 8V（誤差<20%）； 4，正弦波Uopp≥1V。

設(shè)計思路：

1，原理框圖：

2，系統(tǒng)的組成框圖：

分塊電路和總體電路的設(shè)計：

函數(shù)發(fā)生器是指能自動產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。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，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體差分管放大器共同組成的方波—三角波、三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。

本課題中函數(shù)信號發(fā)生器電路組成如下：

第一個電路是由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路。單限比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波；第二個電路是由差分放大器組成的三角波—正弦波變換電路。

差分放大器的特點: 工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等。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的傳輸特性曲線的非線性。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(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。

Ⅰ、方波—三角波產(chǎn)生電路設(shè)計

方波輸出幅度由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定，即限制在（Uz+UD）之間。方波經(jīng)積分得到三角波，幅度為Uo2m=±（Uz+UD）

方波和三角波的震蕩頻率相同，為f=1/T=āRf/4R1R2C，式中ā為電位器RW的滑動比（即滑動頭對地電阻與電位器總電阻之比）。即調(diào)節(jié)RW可改變振蕩頻率。

根據(jù)兩個運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率的比較，在產(chǎn)生方波的時候選用轉(zhuǎn)換速率快的LM318，這樣保證生成的方波上下長短一致，用LM741則會不均勻。產(chǎn)生三角波的時候選用LM741。其中R1、Rf的值根據(jù)實驗要求設(shè)定在20K和30K，根據(jù)計算可設(shè)定R2=5KΩ，C=0.01uF。根據(jù)運(yùn)放兩端電阻要求的電阻平衡，選擇R4的阻值和R2的相等，即R4=5K歐姆。根據(jù)所需要輸出方波的幅度選擇合適的穩(wěn)壓管和限流電阻R0的大小。穩(wěn)壓管為給定的2DW232，其穩(wěn)壓幅度已經(jīng)給定。選擇限流電阻R0為2Ω。為使ā的變化范圍較大，信號的頻率范圍達(dá)到要求，電位器RW選擇為1K歐姆范圍內(nèi)可調(diào)。

Ⅱ、三角波—正弦波產(chǎn)生電路設(shè)計

差動放大器具有很大的共模抑制比，被廣泛應(yīng)用于集成電路中，常作為輸入級或中間級。

差動放大器的設(shè)計：

1，確定靜態(tài)工作點電流Ic1、Ic2、Ic3 靜態(tài)時，差動放大器不加入輸入信號，對于電流鏡Re3=Re4=Re Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/β≈Ic4= Ic3 而 Ir= Ic4= Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/(R+Re4)上式表明恒定電流Ic3主要由電源電壓Ucc、Uee和電阻R、Re4決定，與 晶體管的參數(shù)無關(guān)。由于差動放大器得靜態(tài)工作點主要

由恒流源決 定，故一般先設(shè)定Ic3。Ic3取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大 器的輸入阻抗越高。因此在實驗中，取Ic3為1mA。有Ic1= Ic3=1/2 Ic3=0.5mA。由R+Re=（Ucc+Uee-Ube）/Ir,其中Ucc為12V，Uee也為12v，Ube的典型值為0.7V（在本次取值中可以忽略）Ir為1mA,故取R=20KΩ，Re4=2KΩ。由于鏡像電流源要求電阻對稱，故取Re3=2KΩ。2，差模特性

差動放大器的輸入和輸出各含有單端和雙端輸入兩種方式，因此，差 動放大器的輸入輸出共有四種不同的連接方式。不同的連接方式，電路的特性不同。Rp 的取值不能太大，否則反饋太強(qiáng)，一般取 100Ω左 右的電位器，用來調(diào)整差動放大器的對稱性。3，三角波—正弦波變換電路

三角波—正弦波變換電路的種類很多，有二極管橋是電路，二極管可變分壓器電路和差分放大器等。利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，實現(xiàn)三角波—正弦波的變換。

圖中RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，并聯(lián)電阻RE用來 減小差分放大器傳輸特性曲線的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直流電容，用單向的大電容不但很好的濾除直流分量，還能避免雙向耦合，使輸出地波形清晰穩(wěn)定。C4為濾波電容，以濾除高頻信號干擾，改善輸出正弦波的波形，減少不確定的信號干擾。

電解電容C1、C2、C3為隔直流電容，為達(dá)到 良好的隔直流、通交流的目的，其容值應(yīng)該取的相對較大，故取 C1=10uF C2=10uF C3=10uF。Rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，為滿足實驗要求，其可調(diào) 范圍應(yīng)該比較大，故取Rp1=22kΩ。Rb1與Rb2為平衡電阻，取值為Rb1= Rb2=6.8KΩ。流進(jìn)T1，T2集電極電流約為0.5mA，為滿足其正弦波的幅 度大于1mA，取Rc1= Rc2=5.1kΩ，使得電流流經(jīng)Rc2的電壓降不至于很大。C4為濾波電容，其值應(yīng)該滿足要求的正弦電壓幅度與頻率，其值 不能取太大，否則會是幅度太小無法達(dá)到要求，故取C4=0.01uF。至 此，電路的設(shè)計基本完成，需要在實驗中進(jìn)一步調(diào)試電路。

電路的安裝與調(diào)試：

一，三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試： 安裝三角波——正弦波變換電路

1.在面包板上接入差分放大電路，注意三極管的各管腳的接線； 2.搭生成直流源電路；

3.接入各電容及電位器；

4.按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。調(diào)試三角波——正弦波變換電路

1.接入直流源后，把 C4 接地，利用萬用表測試差分放大電路的靜態(tài) 工作點； 2.測試 C,D 兩端電壓，當(dāng)不相等時調(diào)節(jié) RP 使其相等；

3.在 C5 端接入示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時記入其最大不失真電壓；

二，方波—三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試：

安裝方波—三角波產(chǎn)生電路

1.把 2 塊集成運(yùn)放插入面包板，注意布局；

2.分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法； 3.按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。調(diào)試方波—三角波產(chǎn)生電路

1.接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察； 2.調(diào)節(jié) RP，微調(diào)波形的頻率；

3.觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部安裝。三，總電路的安裝與調(diào)試：

1.把兩部分的電路接好，即把三角波的輸出與差動放大器的輸入相連接，進(jìn)行整體測試、觀察

2.針對各階段出現(xiàn)的問題，逐各排查校驗，使其滿足實驗要求，即 使方波的峰峰值為12伏，三角波為8伏，使正弦波的峰峰值大于 1V。

實驗結(jié)果：

方波的輸出：

輸出方波在±7v之間，基本滿足實驗要求，上升、下降沿9us，滿足要求，頻率可以通過電位器RP調(diào)節(jié)，在1-10KHz內(nèi)輸出穩(wěn)定。

三角波的輸出： 輸出三角波：

三角波Uopp=8.1V，滿足要求

正弦波的輸出：

正弦波Uopp≥1v 三種輸出波形的輸出頻率均可在1-10KHz內(nèi)可調(diào)。

故障及問題分析

測試前的電路檢驗：

1.電路是否正確，對照實驗原理圖仔細(xì)檢查。2.測量儀器是否有問題，儀器顯示是否正確。3.電源供電（包括極性）、信號源連線是否正確檢查直流極性是否正確，信號線是否連接正確。并且用電壓表測試保證直流電源輸出符合要求。

4.檢查元器件引腳之間有無短路，連接處有無接觸不良，二極管、集成電路和電解電容極性等是否連接有誤。

測試出現(xiàn)的故障：

1.整個電路比較復(fù)雜，連接電路時出現(xiàn)的問題比較多，需要仔細(xì)的檢查，反復(fù)的測試才能得到需要的實驗結(jié)果。

2.在實驗之前需要檢查電路的正確性，避免電路連接錯誤而造成的燒毀電路或是不出波形。

3.實驗過程中，面包板可能短路，由于電阻的接線比較長，完全插入后可能錯綜在一起，造成短路，此時就應(yīng)利用萬用表，挨個檢查，更換面包板，插線時不宜過深。

4.在三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路中，即使在調(diào)節(jié)了電路平衡之后，輸出波形也會存在一個偏斜。這時就需要調(diào)節(jié)RP1使波形變得正常。這個過程就需要調(diào)一會才會變化，所以需要有耐心。5.失真問題

在調(diào)試過程中，正弦波出現(xiàn)了以下失真，產(chǎn)生失真的原因及采 取的措施如下： 1）鐘形失真，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小 Re。從而減 小了線性區(qū)的放大效應(yīng)。

2）非線性失真，三角波傳輸特性區(qū)線性度差引起的失真，主 要是受到運(yùn)放的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形。本次試 驗中可以通過增加 C4 的大小來減小波形的非線性失真。

3)截止失真或飽和失真。這可是由于電路設(shè)計時工作點選的不好。也可能是因為，在實際連電路時選取了與設(shè)計時的不同值近似。導(dǎo)致工作點的錯誤。檢查電路修改數(shù)據(jù)是解決的方法。

6.布線以及排版問題 對于可以輸出穩(wěn)定波形的電路，需要簡化電路，讓電路看起來更美觀，更簡潔，更清楚，這樣有利于檢查錯誤和更改。

實驗總結(jié)及結(jié)論：

本次實驗是我第一次將所學(xué)的知識很好的用在實驗里解決了問題的一個。雖然以前也做過模電實驗，但都是按部就班。另外當(dāng)時模電學(xué)的也不是特別明白有些實驗對于很多結(jié)果都還不清楚。這次雖然有一些設(shè)計原理我依然沒有完全吃透。但是對于我真正掌握所學(xué)知識并應(yīng)用在實踐中是非常有幫助的。

在設(shè)計過程中我也查閱了一些資源，對于實驗器材以及實驗的慣例和常識有了更多的了解。方便自己根據(jù)實驗需要來選擇器材。

在試驗中我不僅學(xué)會了最基本的面包板的搭建與布線。器材的識別和檢測。還在試驗中基本解了函數(shù)信號發(fā)生器電路的組成及設(shè)計原理，初步了解了電路設(shè)計的方法，熟悉了電路仿真軟件protel dxp的使用。利用軟件仿真來對搭建電路很有幫助，有事半功倍的效果。而且這些工具都是我們將來在從事相關(guān)工作中不可或缺的東西。

總的來說，充分理解實驗原理是做好一個實驗的最重要的一環(huán)，如果不理解電路的原理，就不知道如何去更改參數(shù)，去調(diào)試電路板，除了原理，還要了解各個器件的特性和用法，比如電源的連線的方式。另外，這次實驗培養(yǎng)了我們動手能力。在搭建電路板的時候，需要細(xì)心耐心，布局以及連線都很有講究，不僅要求電路的通暢，還要注意電路板上各個元器件的布局，還有所使用的導(dǎo)線的顏色以及長度，通過這次試驗我可以鍛煉我們的電路版的搭建能力。這次實驗，熟悉了測量儀表的用法，熟悉了電阻，二極管等器件的測量和極性判斷方法，這些經(jīng)驗都是寶貴的。后本次實驗在耐心與細(xì)心上面對我給予啟示，在電路搭好以后卻出不了波形的時候，要戒驕戒躁，耐心細(xì)心的去尋找，去排查，去測試，經(jīng)過4周的努力拼搏，自己的實驗技能有了很大的提高，對于之后完成更加困難的實驗增強(qiáng)了信心。俗話說：“讀萬里書，行萬里路?！边@樣的實踐就是一種“行走”的過程。讓我們在實踐中將知識融會貫通，而不僅僅是紙上談兵的呆書生。最后，感謝老師對我們實驗的悉心講解和指導(dǎo)。

電路仿真圖：

所用儀器及元器件：

儀器：直流穩(wěn)壓電源，示波器，萬用表 元器件：電位器、電阻、電容

相關(guān)元件參數(shù)： LM318 芯片：

輸入失調(diào)電壓 4mV； 增益帶寬積：15MHz 耗電流：5mA 偏置電流：150nA 轉(zhuǎn)換速率：70V/uS 電源：+/-20V LM741 芯片：

LM741： 輸入失調(diào)電壓 0.8mV； 增益帶寬積：1.5MHz 耗電流：1.7mA 偏置電流：30nA 轉(zhuǎn)換速率：0.7V/uS 電源：+/-3V---+/-22V 三極管： 8050

參考文獻(xiàn)：

《Protel DXP 基礎(chǔ)與應(yīng)用教程》 高明制作 《電子電路綜合設(shè)計實驗教程》 北郵出版社

《電子電路基礎(chǔ)》 林家儒主編 北郵出版社