函數(shù)信號發(fā)生器說明書

有用有用文檔文檔1緒論1.1信號發(fā)生器是一種最悠久的測量儀器，早在20年月電子設(shè)備剛消滅時它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)展，40年月消滅了主要用于測試各種接收機(jī)1964弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡潔波形?！哺哳l〕放射，這里的射頻波就是載波，把音頻〔低頻、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。利用頻率合成技術(shù)制成的信號發(fā)生器，通常被稱為合成信號發(fā)生器?！踩鐔纹呻娐泛瘮?shù)信號發(fā)生器ICL8038。本課題主要介紹由集成運算放大器與晶體差分放大器組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法。2函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計要求頻率調(diào)整局部技術(shù)要求：輸出信號頻率1Hz到100Hz可調(diào)。實現(xiàn)〔1Hz-10Hz，10Hz-100Hz〕頻段連續(xù)可調(diào)。頻率穩(wěn)定度不劣于10－4輸出波形局部技術(shù)要求〔1〕方波輸出信號的峰峰值Upp24V；三角波輸出信號幅度峰峰值Upp8V；正弦波輸出信號的峰峰值Upp1V函數(shù)信號發(fā)生器電路設(shè)計的根本原理過整形電路的正弦波變換成方波，再由積分電路將方波轉(zhuǎn)換成三角波；也可以先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變換成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ儞Q成正弦波等等。本課題爭論先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計12.1運算放大器的介紹很高放大倍數(shù)的電路單元，在實際電路中，通常結(jié)合反響網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊，運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)展，如今絕大局部的運放是以單片的形式存在。現(xiàn)今運放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎全部的行業(yè)當(dāng)中。尤其在模擬集成電路中，它的應(yīng)用最廣，幾乎涉及模擬信電路，下面將它們一一介紹：遲滯電壓比較器的作用是對兩個輸入電壓進(jìn)展比較，并依據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個電平的電壓，以滿足后面連接的數(shù)字電路對1和0形成正反響，如圖2〔a〕所示，待比較電壓u加在反相輸入端。通常將這種電1路稱為遲滯比較器〔HysteresisComparator，又稱施密特觸發(fā)器〔Trigge。在抱負(fù)狀況下，它的比較特性如圖2〔b〕所示。由圖可見，它有兩U和下門限U，兩者的差值稱為門限寬度i i或遲滯寬度HysteresisVoltage，即：UU U 2.1i iUOH，則UOH和UREF共同加到同相輸入端的合成電壓為2U R U 21 R OH

R1 U 2.2REFR RR1 2 1 2當(dāng)u由小增大地通過U時輸出電壓由U 下躍到U 可見上式所示的U就1 1 OH OL 1是比較器的上門限電壓，即U U。i 1當(dāng)比較器輸出為低電平UOL

時，按同樣的分析求得加到同相輸入端合成電壓為2U R U 22 R OL

R1 U 2.3REFR RR1 2 1 2假設(shè)u由大減小地通過U1

U2

上躍到UOH

U就2是比較器的下門限電壓，既U U。相應(yīng)的門限寬度為i 2RR1

UU U i iR，可以轉(zhuǎn)變U。32

2 (U U ) 2.4RR OH OLR1 2R2R24R3U115R1R2UREFD22.2遲滯電壓比較器OUOUOHU Ui iUOL2.3遲滯電壓比較器比較特性積分電路積分電路主要用于波形變換、放大電路失調(diào)電壓的消退及反響掌握中沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。積分電路被廣泛之中。之中。圖3為有源積分電路。由圖可見，輸入信號電壓 uu

R中產(chǎn)生的電流i 1

。這個電流全部轉(zhuǎn)移到反響支路，向C充電，形成相應(yīng)的輸出電壓u 。RoR假設(shè)C上的起始電壓為零，則

u o

1tiC 0

dt

1tuRC 0

dt 2.4C3i124R13i124R1+5RL-Us-2.43方波—三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計圖3.1所示的電路是能自動產(chǎn)生方波—三角波信號。電路工作原理如U1AR3、R5C1C1

稱為加速電容，U0，同相端接輸入電壓Ui

，RU1

的高電公平于正電源電壓VccVEE

EE

|)UUU01從高電平Vcc翻轉(zhuǎn)到低電平VEE高電平Vcc。

UUU01

從低電平V 跳到EE3.1方波—三角波產(chǎn)生電路50%時，遲滯比較器的占空比是1/2，此時產(chǎn)生的波形是方波，當(dāng)電位器的調(diào)整不是50%的時候，產(chǎn)生的1/2，此時產(chǎn)生的波形是矩形波。假設(shè)U Vcc，依據(jù)電路疊加原理可得01R R RPUR

2R RP

(Vcc)R

3 1R RP

U=0 3.1i2 3 1 2 3 1將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電位U_為iR RU _ 2i R

(Vcc) 2 Vcc 3.2RP R3 1

RP1假設(shè)U V ，依據(jù)電路疊加原理可得01 EER

R RPU 2 R R RP

(V )EE

3 1R RP

U 3.3i2 3 1 2 3 1將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位U 為iR RU i R3

2RP1

(V )EE

2R RP3

Vcc 3.4比較器的門限寬度：2RU U U H i i

2 Vcc 3.5RRP3 1由以上式子可得比較器的電壓傳輸特性如圖3.2所示。UO1VccUi_ UiUiVEE3.2AR2

RPC2

及R組成反相積分器其輸入是前級輸出的方波信號U ，5 o1從而可得積分器的輸出U 為o2U 1 U

dt 3.6o2 (R4

RP)C o12 2當(dāng)U Vcc時，電容C被充電，電容電壓U 上升o1 2 C2VccU t 3.7O2 (R4

RP)C2 2即U 線性下降。當(dāng)UO2

下降到UO2

U A1Ui

狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即UO1降，而

由高電平Vcc變?yōu)榈碗娖絍EE

，于是電容C2

放電，電容電壓U 下C2U U EE

) t Vcc t 3.8O2 (R4

RP)C2

(R RP)C4 2 2即U 線性上升。當(dāng)UO2

上升到UO2

U A1Ui

狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即UO1蕩不停。

由低電平VEE

變?yōu)楦唠娖絍cc，電容C2

又被充電，周而復(fù)始，振73.3方波—三角波幅度U

為o2m

U o2m

R2 Vcc 3.9R RP3 1U 的下降時間為t

U )

dUO2,而o2 1

i i dtdU Vcco2 3.10dt (R4

RP)C2 2U 的上升時間為t

dUU ) o2

dU,而

VccO2 2

i i dt

dt (R4

RP)C2 2把U 和U 的值代入，的三角波的周期〔方波的周期與其一樣〕為i i4(R RP)RCTtt

4 2 2 2……3.111 2 R3

RP1f

RRP3 1 ……………3.124(R4

RP2

)RC2 2f和U

o2m

的表達(dá)式可以得出以下結(jié)論：RP2

假設(shè)要求輸出信號頻率范圍較寬，可用C2

RP2

實現(xiàn)頻率微調(diào)。方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓Vcc，三角波的輸出幅度不超過電源電壓VccRP可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波—三角波的頻率。1A1

A可選擇雙運算放大集成電路LM747〔也可以選其他適宜的2運放Vcc1VVEE比較器與積分器的元器件參數(shù)計算如下：R

12V。由式U

O2m R3

2 RP1R U 4 12RRP3

O2m 3.13Vcc 12 3取R 10K，則R2

RP1

30KR3

20KRP為27k的電位器。1

R(R2

RP)1

10K1 R (R2 3

RP)1f

RRP3 1 得：4R(R2 4

RP)C2 2

RRPR RP 3 1 3.134 2 4fRC2 22HZ

f20HZ

C2

10FR4

RP2

(37.5~3.75)K，選擇R 3K，RP4

為100k20HZ

f200HZ

C2

1F以4

RP的2R5

10K。C為加速電容，選擇電容值為100pF的瓷片電容。1三角波—正弦波變換電路的設(shè)計RC選頻產(chǎn)生正弦波3.4函數(shù)信號發(fā)生器總體電路圖3.44multisimMultisim2001MultisimMultisim10時，可以清楚地觀看到各種變化對電路性能的影響。Multisim10：1操作界面便利友好，原理圖的設(shè)計輸入快捷。2元器件豐富，有數(shù)千個器件模型。3虛擬電子設(shè)備種類齊全，如同操作真實設(shè)備一樣。4分析工具廣泛，幫助設(shè)計者全面了解電路的性能。5對電路進(jìn)展全面的仿真分析和設(shè)計。6可直接打印輸出試驗數(shù)據(jù)、曲線、原理圖和元件清單等。函數(shù)信號發(fā)生器的仿真過程及結(jié)果使用MULTISIM用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；3.連接信號源等虛擬儀器；選擇分析功能和參數(shù)；激活電路進(jìn)展仿真；保存電路圖和仿真結(jié)果。方波—三角波信號發(fā)生器電路的裝調(diào)及仿真結(jié)果文檔