函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計課 程 低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計 題 目 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2008年 7月 19日大慶石油學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程 低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計題目 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：設(shè)計能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號的信號發(fā)生器?；疽螅?.在給定的12V直流電源電壓條件下，使用運(yùn)算放大器設(shè)計一個函數(shù)信號發(fā)生器。2.信號頻率：1kHz10kHz。3.方波：Vp-p24V，上升和下降時間：10ms；三角波：Vp-p6V，三角波失真度：2%；正弦波： Vp-p1V，正弦波失真度：5%。主

2、要參考資料：1 童詩白 華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社，2001.2 彭介華 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo) 北京：高等教育出版社，1997.3 孫梅生 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 北京：高等教育出版社，1998.4 高吉祥 電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗與課程設(shè)計 北京:電子工業(yè)出版社,2005.5 梁恩主 梁恩維 著Protel 99SE電路設(shè)計于仿真應(yīng)用清華大學(xué)出版社2000完成期限 2008.7.19 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2008年 7月 10日一、任務(wù)技術(shù)指標(biāo)1：在給定的12V直流電源電壓條件下，使用運(yùn)算放大器設(shè)計一個函數(shù)信號發(fā)生器。2：信號頻率：1kHz-10kHz。3：方波：Vp-p24V，

3、上升和下降時間：10ms；三角波：Vp-p6V，三角波失真度：2%；正弦波： Vp-p1V，正弦波失真度：5%；二、總體設(shè)計思想1.基本原理函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分立元件構(gòu)成；也可以采用單片機(jī)集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途的不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器。 本實驗采用由運(yùn)算放大器電路及分立元件構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器。由下圖可知本系統(tǒng)是由積分器和比較器同時產(chǎn)生三角波和方波。其中比較器起電子開關(guān)的作用，將恒定的正、負(fù)極性的電位交替地反饋積分器去積分而得到三角波。該電路的優(yōu)點是十分明顯的：它的頻率易調(diào)，在幾個數(shù)量級的頻帶范

4、圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變；不存在如文氏電橋那樣的過渡過程，接通電源后會立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形；三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。2.系統(tǒng)框圖 比較器 積分器差分放大器三、具體設(shè)計 1滯回比較器：如圖所示，為反相輸入滯回比較器，用來產(chǎn)生方波，另一部分為積分運(yùn)算電路用來產(chǎn)生三角波，由于多個集成運(yùn)放組成的應(yīng)用電路，一般應(yīng)首先分析沒個集成運(yùn)放所組成電路輸出和輸入的函數(shù)關(guān)系，然后分析個電路間的互相聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上得出電路的功能。 輸入電壓+UT=+R2/(R2+R1)*Uz,-UT=-R2/(R2+R1)*Uz,由于震蕩周期為T=2*R3CLn(1

5、+2R1/R2),考慮到若改變R2或者R1的值Ln函數(shù)的“波形”遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如通過改變R3變的明顯。所以把R3變?yōu)榭勺冸娮瑁ㄟ@樣回?fù)p失精度），又因為要使個種波形幅值連續(xù)可調(diào)，所以把R1也變?yōu)榭勺冸娮瑁@樣前者與后者并不矛盾，因為我們可以讓R3動R2不動，或者R3不動R2動。以達(dá)到最佳的效果。2積分運(yùn)算電路 輸出電壓的表達(dá)式為Uo=+uo(t0)其中uo(t0)為初態(tài)輸入電壓，設(shè)初態(tài)是uo1正好從-Uz躍變?yōu)?Uz，則可改寫為Uo=同樣積分電路反向也是這樣分析。由上面分析得，uo為三角波，幅值為UT，uo1為方波，幅值為Uz3用差分放大電路實現(xiàn)三角波-正弦波變換電路波形變換的原理是利用差分對管的飽和與

6、截至特性和差分放大器傳輸特性曲線得非線性進(jìn)行變換。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(qiáng)等優(yōu)點，可以有效的抑制零點漂移。因此可將頻率很低得三角波變換成正弦波。如下為三角波-正弦波變換電路： 在實現(xiàn)三角波-正弦波的變換的時候，為了使輸出波形更接近正弦波可見傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；三角波的幅值Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。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,若要求輸出頻率范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，RP2實現(xiàn)頻率微調(diào)。三角波正弦波電路的參數(shù)選擇原則是:隔直電容C3和C4和C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取C3=C4=C5=

7、470uF，濾波電容C6的取值視輸出得波形而定，若含高次諧波成分較多，則C6一般為幾十皮法至0.1uF。Re2=100與Rrp4=100相并聯(lián)，以減小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Rrp4及電阻*來確定。頻率調(diào)節(jié)部分設(shè)計時,可先按三個頻段給定三個電容值:100pF,0.01uF,0.1uF然后再計算R的大小。手控與壓控部分線路要求更換方便。為滿足對方波前后沿時間的要求，以及正弦波最高工作頻率的要求，在積分器，比較器，正弦波轉(zhuǎn)換器和輸出級中應(yīng)選用Sr值較大的云方。為保證正弦波有較小的失真度，應(yīng)正確計算二極管網(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稱度

8、，輸入波形中不能含有直流成分。四、結(jié)論通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計我們學(xué)會了根據(jù)要求自己設(shè)計方案設(shè)計出原理電路圖，分析工作原理，學(xué)會了撰寫設(shè)計報告。我不但了解了更多的電信理論知識，而且也鞏固了以前學(xué)過的專業(yè)知識，比如對于Prtel99SE的應(yīng)用更加熟練，對于電路圖的理解更加深入。同時也明白老師為什么要求我們做好這個課程設(shè)計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識去解決實際的問題，提高自己的動手能力與運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的素質(zhì)，學(xué)以致用，貴在實踐。才能讓我們的專業(yè)素質(zhì)得到更大的提高，為以后的實踐積累寶貴的經(jīng)驗。五、附錄1.原理圖2.仿真圖1KHz三角波0dB 20dB 30dB輸出圖10KHz三角波0dB 20dB 30dB輸出圖1KHz方波0dB 20dB 30dB輸出圖10KHz方波0dB 20dB 30dB輸出圖 1KHz正弦波0dB 20dB 30dB輸出圖10KHz正弦波0dB 20dB 30dB輸出圖3.元件清單元器件清單名稱標(biāo)號規(guī)格電阻R1、R13、R19、R2、R20、R23、R410KR10、R16200R11、R3100kR12、R5、R62KR145.1KR1575KR17、R1847R2115K電容C3600PFC2100UFC347