波形數(shù)據(jù)特性介紹

1、如有幫助，歡迎支持。復(fù)制的，僅供參考 這個(gè)應(yīng)該簡(jiǎn)單的！函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能能夠產(chǎn)生多種波形 ,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。 現(xiàn)在我們通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的簡(jiǎn)易發(fā)生器。 我們通過(guò)對(duì)電路的分析， 參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。 在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng)濟(jì)、 最方便、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略。 按照設(shè)計(jì)的方案選擇具體的原件， 焊接出具體的實(shí)物圖，并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)焊接好的實(shí)物圖進(jìn)行調(diào)試， 觀察效果并與課題要求的性能指標(biāo)作對(duì)比。最后分析出現(xiàn)誤差的原因以

2、及影響因素。關(guān)鍵字：方案確定、參數(shù)計(jì)算、調(diào)試、誤差分析。1.1 問(wèn)題的提出設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器使得能夠產(chǎn)生發(fā)波、三角波、正弦波。1、 主要技術(shù)指標(biāo)頻率范圍10Hz100Hz ，100Hz1000Hz ，1kHz10kHz頻率控制方式通過(guò)改變 RC 時(shí)間常數(shù)手控信號(hào)頻率通過(guò)改變控制電壓Uc 實(shí)現(xiàn)壓控頻率 VCF1如有幫助，歡迎支持。輸出電壓正弦波 Upp3 V三角波 Upp5 V方波 Upp14 V幅度連續(xù)可調(diào) ;幅度連續(xù)可調(diào) ;幅度連續(xù)可調(diào) .波形特性方波上升時(shí)間小于2s ；三角波非線性失真小于1% ；正弦波諧波失真小于3%。2、 設(shè)計(jì)要求（ 1） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實(shí)驗(yàn)室條件自選方案設(shè)計(jì)出原理

3、電路圖，分析工作原理，計(jì)算元件參數(shù)。（ 2） 列出所有元、器件清單報(bào)實(shí)驗(yàn)室備件。（ 3） 安裝調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（ 4） 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.2 基本原理1、 函數(shù)發(fā)生器的組成函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角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，本課題介紹方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。2如有幫助，歡迎支持。1.3 提出解決問(wèn)題的方案及選取1、三角波變換成正弦波由運(yùn)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)發(fā)生器電路組成如圖 1 所示，

4、由于技術(shù)難點(diǎn)在三角波到正弦波的變換，故以下將詳細(xì)介紹三角波到正弦波的變換。圖 1（ 1） 利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波 正弦波的變換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， 波形變換過(guò)程如圖 2 所示。由圖可以看出， 傳輸特性曲線越對(duì)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。圖 2方案一：用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器（2） 用二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波 正弦波的變換二極管折線近似電路圖33如有幫助，歡迎支持。根據(jù)二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波 正弦波的變換的原理圖， 可得其輸入、輸出特性曲線如入3

5、所示。頻率調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)時(shí)，可先按三個(gè)頻率段給定三個(gè)電容值：1000pF 、0.01 f、0.1 F然后再計(jì)算 R 的大小。手控與壓控部分線路要求更換方便。為滿足對(duì)方波前后沿時(shí)間的要求，以及正弦波最高工作頻率（ 10kHz ）的要求，在積分器、比較器、正弦波轉(zhuǎn)換器和輸出級(jí)中應(yīng)選用 Sr 值較大的運(yùn)放 （如 LF353 ）。為保證正弦波有較小的失真度，應(yīng)正確計(jì)算二極管網(wǎng)絡(luò)的電阻參數(shù)， 并注意調(diào)節(jié)輸出三角波的幅度和對(duì)稱度。輸入波形中不能含有直流成分。方案二：用二極管折線近似電路以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器（ 3）圖是由 A741和 5G8038 組成的精密壓控震蕩器， 當(dāng) 8 腳與一連續(xù)可調(diào)

6、的直流電壓相連時(shí)， 輸出頻率亦連續(xù)可調(diào)。 當(dāng)此電壓為最小值（近似為 0）時(shí)。輸出頻率最低，當(dāng)電壓為最大值時(shí)，輸出頻率最高；5G8038 控制電壓有效作用范圍是 03V。由于 5G8038 本身的線性度僅在掃描頻率范圍 10：1 時(shí)為 0.2% ，更大范圍（如 1000 ：1）時(shí)線性度隨之變壞，所以控制電壓經(jīng)A741后再送入 5G8038 的 8腳，這樣會(huì)有效地改善壓控線性度（優(yōu)于1%）。若 4、5 腳的外接電阻相等且為 R，此時(shí)輸出頻率可由下式?jīng)Q定：f=0.3/RC4設(shè)函數(shù)發(fā)生器最高工作頻率為2kHz ，定時(shí)電容 C4 可由上式求得。4如有幫助，歡迎支持。電路中 RP3 是用來(lái)調(diào)整高頻端波形的

7、對(duì)稱性， 而 RP2 是用來(lái)調(diào)整低頻端波形的對(duì)稱性，調(diào)整 RP3 和 RP2 可以改善正弦波的失真。穩(wěn)壓管 VDz 是為了避免 8 腳上的負(fù)壓過(guò)大而使 5G8038 工作失常設(shè)置的。方案三：用單片集成函數(shù)發(fā)生器5G8038可行性分析：上面三種方案中，方案一與方案二中三角波 正弦波部分原理雖然不一樣，但是他們有共通的地方就是都要認(rèn)為地搭建波形變換的電路圖。而方案三采用集成芯片使得電路大大簡(jiǎn)化， 但是由于實(shí)驗(yàn)室條件和成本的限制， 我們首先拋棄的是第三種方案， 因?yàn)樗菭奚顺杀緛?lái)?yè)Q取的方便。 其次是對(duì)方案一與方案二的比較， 方案一中用的是電容和電阻運(yùn)放和三極管等電器原件，方案二是用的二極管、電阻、

8、三極管、運(yùn)放等電器原件， 所以從簡(jiǎn)單而且便于購(gòu)買(mǎi)的前提出發(fā)我們選擇方案一為我們最終的設(shè)計(jì)方案。1.4 參數(shù)的確定1、 從電路的設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看電路分為三部分：正弦波部分方波部分三角波部分2、 正弦波部分5如有幫助，歡迎支持。由于我們選取差分放大電路對(duì)三角波 正弦波進(jìn)行變換，首先要完成的工作是選定三極管，我們現(xiàn)在選擇 KSP2222A 型的三極管，其靜態(tài)曲線圖像如右圖所示。根據(jù) KSP2222A 的靜態(tài)特性曲線，選取靜態(tài)工作區(qū)的中心由直流通路有：20 kk因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)已經(jīng)確定，所以靜態(tài)電流變成已知。根據(jù)KVL 方程可計(jì)算出鏡像電流源中各個(gè)電阻值的大?。嚎傻?、 方波部分與三角波部分參數(shù)的確定6如有

9、幫助，歡迎支持。根據(jù)性能指標(biāo)可知由 ,可見(jiàn) f 與 c 成正比，若要得到 1Hz10Hz ，C 為 10 。10Hz100Hz,C為 1 。則 =7.5k 75k ，則 =5.1k 則 =2.4k 或者 =69.9 k 取 100 k由輸出的三角形幅值與輸出方波的幅值分別為5v 和 14v ，有= =10k則 47 k ， =20 k根據(jù)方波的上升時(shí)間為兩毫秒，查詢運(yùn)算放大器的速度，可以選擇74141 型號(hào)的運(yùn)放。由此可得調(diào)整電阻：七、實(shí)務(wù)圖的焊接和調(diào)試1、按照方案一的電路圖焊接好電路板。2、調(diào)試前，將電路板接入±12 伏電壓，地線與電源處公共地線連接.（1）頻率范圍 :7如有幫助，

10、歡迎支持。為便于測(cè)量 ,將電路板上的方波信號(hào)接入示波器 ,并合上 C1=10F 的開(kāi)關(guān)，斷開(kāi) C2=1uF 的開(kāi)關(guān) ,然后調(diào)節(jié) RP2, 并測(cè)出此時(shí)方波信號(hào)頻率的變化范圍 ;斷開(kāi) C1 的開(kāi)關(guān) ,合上 C2 的開(kāi)關(guān) ,按照同樣的方法調(diào)節(jié) RP2 并記錄方波信號(hào)頻率的變化范圍 ,結(jié)果如下 :電容 頻率10F 1Hz 30Hz1uF 27.47 316Hz以上頻率并未完全到達(dá)要求的指標(biāo)范圍，經(jīng)分析，原因在于：通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)頻率范圍整體下移，這里可能存在兩個(gè)原因，第一是反饋通道上的 存在磨損，使電阻值達(dá)不到計(jì)算的數(shù)值。第二是三角波運(yùn)放上的反向端的電阻 也存在 一樣的問(wèn)題。（ 2）輸出電壓： 方波：8

11、如有幫助，歡迎支持。電路板上方波信號(hào)接入示波器， 調(diào)節(jié) RP1, 測(cè)得方波峰峰 Vpp=14V ，可見(jiàn)所得值與性能指標(biāo)中的一致。 三角波：撤除方波信號(hào)并接入三角波信號(hào)，調(diào)節(jié) RP1, 測(cè)得三角波峰峰值 Upp=5V 也能達(dá)到課題的要求。正弦波：將正弦波信號(hào)接入示波器，調(diào)節(jié)RP3 和 RP4, 測(cè)得正弦波峰峰值Upp=2.8V. 也基本上能到達(dá)課題要求。3、波形特性測(cè)定 : 方波上升時(shí)間 :將電路板上的方波信號(hào)接入示波器,調(diào)節(jié)示波器上周期調(diào)節(jié)旋鈕,直到能清楚觀測(cè)到方波信號(hào)上升沿處的躍變,測(cè)得方波上升時(shí)間為 :tr=6.4 s分析：上升時(shí)間達(dá)不到要求，這個(gè)可以用換運(yùn)放類型來(lái)解決。通過(guò)改變運(yùn)放的速度

12、來(lái)改變其上升時(shí)間。 三角波非線形失真 :撤除方波信號(hào) ,將電路板上三角波信號(hào)接入示波器通道1,測(cè)得此時(shí)的三角波信號(hào)參數(shù)如下 :頻率 :f=98.42Hz峰峰值 :Upp=5V9如有幫助，歡迎支持。此時(shí)將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的三角波作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入示波器的通道 2,并調(diào)節(jié)其頻率及峰峰值 ,使之與要測(cè)試的三角波信號(hào)參數(shù)一致(f=98.42Hz,Upp=5V).在示波器上的雙蹤模式下比較 ,發(fā)現(xiàn)兩通道的三角波完全重合 ,說(shuō)明無(wú)非線形失真 . 正弦波嚴(yán)重失真 :分析：由于調(diào)節(jié)平衡的滑動(dòng)變阻器的一只引腳壞掉了， 我自己拿一根導(dǎo)線將其接好， 所以導(dǎo)致電路的不對(duì)成性， 使得靜態(tài)工作點(diǎn)偏離原定的位置，故導(dǎo)致此結(jié)果。1.5 心得體會(huì)通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識(shí)到了 “理論聯(lián)系實(shí)際 ”的這句話的重要性與真實(shí)性。 而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)， 我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)， 而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。 最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)， 明白了學(xué)以致用的真諦。 也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。 他是為