簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、 簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器 設(shè)計(jì)與制作 要求實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)n基本部分：n1. 輸出三角波，頻率在20Hz-20KHz之間可調(diào)，輸出幅度峰峰值約為。n2. 輸出與三角波同步的方波，頻率在20Hz-20KHz可調(diào)。方波幅度約為。n發(fā)揮部分：n1. 輸出與三角波同步的信號(hào)波形完整不失真正弦波，頻率在20Hz-20KHz可調(diào)。 設(shè)計(jì)方案參考 n參考方案一：n先產(chǎn)生正弦波，而后比較器產(chǎn)生方波；再通過積分器或其它電路產(chǎn)生三角波；最后通過幅值控制和功率放大電路輸出信號(hào)。此電路的正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求頻率連續(xù)可調(diào)，方波輸出要有限幅環(huán)節(jié)，積分電路的時(shí)間參數(shù)選擇很重要，保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真。 設(shè)計(jì)方案參考

2、n參考方案二 n先產(chǎn)生方波，而后通過積分器或其它電路產(chǎn)生三角波，再用有源濾波器產(chǎn)生正弦波；最后通過幅值控制和功率放大電路輸出信號(hào)。此電路的方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求頻率連續(xù)可調(diào)，輸出要有限幅環(huán)節(jié)，積分電路的時(shí)間參數(shù)選擇保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真。 設(shè)計(jì)方案參考 n參考方案三 n先產(chǎn)生方波，而后通過積分器或其它電路產(chǎn)生三角波，再用折先法將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波；最后通過幅值控制和功率放大電路輸出信號(hào)。此電路的方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求頻率連續(xù)可調(diào)，輸出要有限幅環(huán)節(jié)，積分電路的時(shí)間參數(shù)選擇保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真。 參考方案四設(shè)計(jì)方案參考n參考方案四n先產(chǎn)生三角波，而后通過比較器產(chǎn)生方波，同時(shí)用折線法將三角波轉(zhuǎn)

3、換為正弦波輸出。此電路的三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求頻率連續(xù)可調(diào)，積分電路的時(shí)間參數(shù)選擇保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 工作原理圖工作原理圖函數(shù)發(fā)生器的核心是VCO，它產(chǎn)生三角波和方波。1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 工作原理圖工作原理圖1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路nFET構(gòu)成的開關(guān)構(gòu)成的開關(guān),FET導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí),R3RON,此時(shí)運(yùn)算放大此時(shí)運(yùn)算放大器工作與反向放大器器工作與反向放大器,若若R1=R2,則增益為則增益為-1。1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)

4、成的極性切換電路nFET構(gòu)成的開關(guān)構(gòu)成的開關(guān),FET截止時(shí)截止時(shí),R1到到R2無電流流通無電流流通,此時(shí)此時(shí)運(yùn)算放大器工作于緩沖放大器運(yùn)算放大器工作于緩沖放大器,則增益為則增益為+1。1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路n對(duì)于對(duì)于FET，這里使用，這里使用N溝道溝道FET，當(dāng)偏置，當(dāng)偏置電壓為其本身的夾斷電壓為其本身的夾斷電壓電壓VP以上時(shí)，以上時(shí)，F(xiàn)ET為截止?fàn)顟B(tài)為截止?fàn)顟B(tài)(漏漏-源極源極間電阻值非常高間電阻值非常高)，而，而零偏置時(shí)零偏置時(shí)FET為導(dǎo)通為導(dǎo)通狀態(tài)，漏狀態(tài)，漏-源極間電阻源極間電阻值為數(shù)百歐，也就是值為數(shù)百歐，也就是說，說，F(xiàn)

5、ET相當(dāng)于開關(guān)相當(dāng)于開關(guān)作用。作用。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路n開關(guān)開關(guān)FET導(dǎo)通時(shí)該電導(dǎo)通時(shí)該電路工作于反相放大器路工作于反相放大器(若若R1=R2，則增益，則增益)，控制電壓控制電壓VC極性反轉(zhuǎn)極性反轉(zhuǎn)為為VC。n而而FET開關(guān)為截止?fàn)铋_關(guān)為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，運(yùn)算放大器的態(tài)時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端直接串聯(lián)同相輸入端直接串聯(lián)電阻電阻R3，若運(yùn)算放大，若運(yùn)算放大器的輸入電流為零器的輸入電流為零(實(shí)實(shí)際上為幾納安數(shù)量級(jí)際上為幾納安數(shù)量級(jí)的電流的電流)，則控制電壓，則控制電壓VC原樣呈現(xiàn)在輸出端。原樣呈現(xiàn)在輸出端。1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易

6、函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路n而而FET開關(guān)為截止?fàn)铋_關(guān)為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，若運(yùn)算放大器態(tài)時(shí)，若運(yùn)算放大器不能正常工作時(shí)，要不能正常工作時(shí)，要注意電阻注意電阻R1和和R2是是否接好，當(dāng)運(yùn)算放大否接好，當(dāng)運(yùn)算放大器正常反饋工作時(shí)二器正常反饋工作時(shí)二個(gè)輸入端之間電位差個(gè)輸入端之間電位差應(yīng)為零，因此，反相應(yīng)為零，因此，反相輸入端電位為輸入端電位為+VC，電阻電阻R1中無電流流通。中無電流流通。也就是說，該電路的也就是說，該電路的工作狀態(tài)相當(dāng)于普通工作狀態(tài)相當(dāng)于普通的電壓跟隨器，即增的電壓跟隨器，即增益為益為1.0的放大器。的放大器。1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理

7、運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路D1為二極管為二極管,可選可選1N4148,Tr1零偏時(shí)導(dǎo)通零偏時(shí)導(dǎo)通.當(dāng)當(dāng)D1右邊為負(fù)時(shí)右邊為負(fù)時(shí),二極二極管管D1通通,D1左邊更負(fù)左邊更負(fù), Tr1截止截止.當(dāng)當(dāng)D1右邊為正時(shí)右邊為正時(shí),二極二極管管D1不通不通,D1左邊為左邊為0, Tr1導(dǎo)通導(dǎo)通.1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路n0_10V電壓可由電源分壓得到.1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路上方是上方是n溝道溝道FET開開關(guān)關(guān)20KHZ的驅(qū)動(dòng)波的驅(qū)動(dòng)波形，下方是運(yùn)放形，下方是運(yùn)放A

8、1的的/-VC輸出波輸出波形形.20K對(duì)于運(yùn)放是對(duì)于運(yùn)放是相當(dāng)高的開關(guān)頻率相當(dāng)高的開關(guān)頻率,因此開關(guān)出現(xiàn)延遲因此開關(guān)出現(xiàn)延遲.1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路 參數(shù)選擇參數(shù)選擇n決定極性切換電路的決定極性切換電路的電阻電阻R1和和R2阻值，即阻值，即R1R2即可，其阻值即可，其阻值根據(jù)反轉(zhuǎn)時(shí)輸入電阻根據(jù)反轉(zhuǎn)時(shí)輸入電阻的阻值來決定。運(yùn)算的阻值來決定。運(yùn)算放大器構(gòu)成的低輸出放大器構(gòu)成的低輸出電阻的電路對(duì)該電路電阻的電路對(duì)該電路進(jìn)行控制時(shí)，進(jìn)行控制時(shí)，R1和和R2阻值可設(shè)定為數(shù)千歐阻值可設(shè)定為數(shù)千歐以上，這里可選用以上，這里可選用10k電阻。電阻

9、。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路運(yùn)放構(gòu)成的極性切換電路 參數(shù)選擇參數(shù)選擇n電阻電阻R3與與FET開關(guān)的開關(guān)的通通/斷之比有關(guān)，斷之比有關(guān)，F(xiàn)ET截止電阻與導(dǎo)通電阻截止電阻與導(dǎo)通電阻ron相比應(yīng)足夠大相比應(yīng)足夠大(ron約為約為300歐時(shí)歐時(shí)FET截止截止電阻為數(shù)十千歐以上電阻為數(shù)十千歐以上)，R3阻值過大時(shí)，若運(yùn)阻值過大時(shí)，若運(yùn)算放大器算放大器A的輸入電容的輸入電容與雜散電容設(shè)定的常與雜散電容設(shè)定的常數(shù)接近開關(guān)頻率，則數(shù)接近開關(guān)頻率，則電路會(huì)出問題。電路會(huì)出問題。 (可選可選R3=10K.)1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路積分電路n積分電路

10、中運(yùn)算放大器積分電路中運(yùn)算放大器A2的輸入電流的輸入電流i對(duì)電容對(duì)電容C0進(jìn)行充電，這時(shí)積分器進(jìn)行充電，這時(shí)積分器輸出電壓變化率輸出電壓變化率(斜率斜率)由由e0=-i/c(V/S)決定。也就決定。也就是說，輸入電流是說，輸入電流i越大，越大，則每單位時(shí)間的電壓變則每單位時(shí)間的電壓變化越大。這就是輸出波化越大。這就是輸出波形的斜率即三角波的頻形的斜率即三角波的頻率應(yīng)與率應(yīng)與VC大小成比例。大小成比例。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路積分電路若電路按原樣積分，不若電路按原樣積分，不久輸出電壓就達(dá)到飽和久輸出電壓就達(dá)到飽和并接近電源電壓。在飽并接近電源電壓。在飽和之前，積分電壓

11、達(dá)到和之前，積分電壓達(dá)到某基準(zhǔn)電壓某基準(zhǔn)電壓VR時(shí)極性時(shí)極性切換電路反轉(zhuǎn)，積分輸切換電路反轉(zhuǎn)，積分輸入電流方向也反轉(zhuǎn)，進(jìn)入電流方向也反轉(zhuǎn)，進(jìn)行這種工作的就是比較行這種工作的就是比較器。器。在在+VRVR之間重復(fù)這之間重復(fù)這種動(dòng)作，由此持續(xù)進(jìn)行種動(dòng)作，由此持續(xù)進(jìn)行三角波振蕩。三角波振蕩。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路積分電路(改善線性改善線性)n使用運(yùn)算放大器的使用運(yùn)算放大器的積分電路高頻特性積分電路高頻特性不好，因此，對(duì)于不好，因此，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的電路要接人標(biāo)準(zhǔn)的電路要接人一個(gè)與積分電容串一個(gè)與積分電容串聯(lián)的電阻，從而改聯(lián)的電阻，從而改善振蕩頻率對(duì)于控善振蕩頻率對(duì)于控制電壓的

12、線性關(guān)系，制電壓的線性關(guān)系，而而R5的阻值由實(shí)的阻值由實(shí)驗(yàn)確定。驗(yàn)確定。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路積分電路(改善線性改善線性)nR5的阻值由實(shí)驗(yàn)確定的阻值由實(shí)驗(yàn)確定(可選可選2-5K可調(diào)電阻可調(diào)電阻)。nR5增大了增大了A2的輸出阻的輸出阻抗抗,后面可加緩沖放大后面可加緩沖放大器進(jìn)行補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償.但對(duì)于數(shù)但對(duì)于數(shù)千赫茲的千赫茲的VCO電路電路, R5為為0,可不接緩沖放可不接緩沖放大器大器.1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路積分電路(改善線性改善線性)n照片是積分常數(shù)為照片是積分常數(shù)為C02400pF，R010k情況下，情況下，R50與與1.2k (

13、線性最佳時(shí)線性最佳時(shí)R5的阻值的阻值)時(shí)頻率特性時(shí)頻率特性(輸入輸出輸入輸出頻率頻率)之比較。之比較。R5=0情情況下頻率到數(shù)百千赫時(shí)況下頻率到數(shù)百千赫時(shí)增益線性衰減率增益線性衰減率(這是這是積分器的頻率響應(yīng)積分器的頻率響應(yīng))為為6dB/oct。最高頻率為最高頻率為5kHz以下時(shí)不需要這以下時(shí)不需要這種超前補(bǔ)償。種超前補(bǔ)償。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路參數(shù)選擇積分電路參數(shù)選擇n電阻電阻R0與電容與電容C0的值的值由由VCO的最高頻率的最高頻率fmax決定，先決定容決定，先決定容易得到的電容的值，再易得到的電容的值，再反過來計(jì)算反過來計(jì)算R0的阻值的阻值即可?？刂齐妷杭纯?/p>

14、?？刂齐妷篤C設(shè)設(shè)定為定為+1V，振蕩頻率約，振蕩頻率約為為2kHz(它為最高頻率它為最高頻率的的l/10)時(shí)振蕩情況。時(shí)振蕩情況。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路參數(shù)選擇積分電路參數(shù)選擇n即開始積分器的補(bǔ)償電即開始積分器的補(bǔ)償電阻阻(VR)設(shè)為設(shè)為0，控制電，控制電壓壓VC設(shè)定為設(shè)定為+1V，振蕩，振蕩頻率約為頻率約為2kHz(它為最它為最高頻率的高頻率的l/10)時(shí)振蕩情時(shí)振蕩情況。改變輸入控制電壓況。改變輸入控制電壓時(shí)，振蕩頻率也就跟著時(shí)，振蕩頻率也就跟著改變，若要頻率準(zhǔn)確一改變，若要頻率準(zhǔn)確一致，需要改變與固定電致，需要改變與固定電阻阻R0串聯(lián)的半固定電串聯(lián)的半固定

15、電阻阻(阻值為阻值為R0的的1020)的電路。的電路。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 積分電路參數(shù)選擇積分電路參數(shù)選擇n現(xiàn)施加現(xiàn)施加+10V的控制電壓，的控制電壓，本來應(yīng)是理想的本來應(yīng)是理想的20kHz頻率頻率進(jìn)行振蕩，但由于運(yùn)算放進(jìn)行振蕩，但由于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間的延遲，大器的響應(yīng)時(shí)間的延遲，振蕩頻率變?yōu)檎袷庮l率變?yōu)?0kHz以下。以下。該電路約以該電路約以16kHz頻率進(jìn)行頻率進(jìn)行振蕩。振蕩。n調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)與C0串聯(lián)的補(bǔ)償電阻串聯(lián)的補(bǔ)償電阻R5(VR)，設(shè)定的振蕩頻率，設(shè)定的振蕩頻率正好為正好為VC=1V時(shí)頻率的時(shí)頻率的10倍倍(要注意，要注意，VR阻值隨電容阻值隨電容C0的值

16、不同而異的值不同而異)。 1.簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 電壓比較器電路電壓比較器電路n若電路按原樣積分，不久輸若電路按原樣積分，不久輸出電壓就達(dá)到飽和并接近電出電壓就達(dá)到飽和并接近電源電壓。在飽和之前，積分源電壓。在飽和之前，積分電壓達(dá)到某基準(zhǔn)電壓電壓達(dá)到某基準(zhǔn)電壓VRVR時(shí)時(shí)極性切換電路反轉(zhuǎn)，積分輸極性切換電路反轉(zhuǎn)，積分輸入電流方向也反轉(zhuǎn)，進(jìn)行這入電流方向也反轉(zhuǎn)，進(jìn)行這種工作的就是比較器。在種工作的就是比較器。在+VR+VR-VR-VR之間重復(fù)這種動(dòng)作，之間重復(fù)這種動(dòng)作，由此持續(xù)進(jìn)行三角波振蕩。由此持續(xù)進(jìn)行三角波振蕩。n比較器輸出是與三角波同步比較器輸出是與三角波同步的方波，但輸

17、出電壓的振幅的方波，但輸出電壓的振幅是由比較器輸出的限幅電路是由比較器輸出的限幅電路特性決定的。特性決定的。n比較器輸出的比較器輸出的ZD1ZD1和和ZD2ZD2穩(wěn)壓穩(wěn)壓管可選管可選6.2V6.2V左右的穩(wěn)壓管左右的穩(wěn)壓管. . 簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器原理 電路原理圖電路原理圖2SK30ATL082TL082TL082函數(shù)發(fā)生器的測(cè)試函數(shù)發(fā)生器的測(cè)試函數(shù)發(fā)生器元器件清單函數(shù)發(fā)生器元器件清單n1、電阻：、電阻：1K(1個(gè)個(gè))1.5K(1個(gè)個(gè))10K(6個(gè)個(gè))100K(1個(gè)個(gè))n2、三極管：、三極管：2SK30A(1個(gè)個(gè))n3、二極管：、二極管：1N4148(1個(gè)個(gè))n4、運(yùn)放、運(yùn)放TL082（2個(gè)）個(gè)）8腳集成塊插座腳集成塊插座(2個(gè)個(gè))n5、電容：