简易信号发生器设计

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1、摘要函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。关键词：函数信号发生器，方波，三角波，正弦波15目录1.函数发生器的总方案及原理

2、框图…………………………………(2)1.1电路设计原理框图……………………………………………(2)1.2电路设计方案设计…………………………………………（2）2.单元电路设计………………………………………………………（3）2.1方波发生电路的工作原理…………………………………（3）2.2方波---三角波转换电路的工作原理……………………（3）2.3三角波---正弦波转换电路的工作原理…………………（6）2.4电路的参数选择及计算……………………………………（8）2.5总电路图……………………………………………………（9）3.电路调试与仿真……

3、……………………………………………………（10）3.1电路的调试……………………………………………………（10）3.2方波---三角波发生电路的仿真……………………………（11）3.3三角波---正弦波转换电路的仿真…………………………（12）4.课程设计总结……………………………………………………（13）附录：元器件明细清单…………………………………………（14）参考文献15第一章函数发生器的总方案及原理框图1.1电路设计原理框图图1-11.2电路方案设计（1）采用滞回比较器产生方波；（2）采用积分器将方波转换成三角波；（3）采用差分放大器

4、将三角波转换成正弦波。15第二章单元电路设计2.1、方波发生电路的工作原理：此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间

5、逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。图2-1方波产生电路2.2方波---三角波转换电路的工作原理：图2-2-115图2-2-1所示的电路能自动产生方波—三角波。电路工作原理若下：若a点断开，运放A1与R1、R2及R3、RP3组织成比较器，R1成为平衡电阻，运放的反相端接基准电压，及U_=0，同相端接输入电压Uia；比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压—V

6、EE（

7、+Vcc

8、=

9、—VEE

10、）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出U01从高电平+Vcc跳到低电平—VEE，或从低电平—VEE跳到高电平+Vcc。设U01=+Vcc，则（2-2-1）式子中，RP1指的是电位器（以下同）。将上式整理，得比较器翻转的下门限电位（2-2-2）若Uo1=—VEE，则比较器翻转的上门线电位（2-2-3）比较器的门限宽度(2-2-4)由式子（2-2-1）～(2-2-4)可以得到比较器的电压传输特性，如图所示。图2-2-2a点断开后，运放A2与R4、RP3、C2、及R5组成反相积分器，其输入信号为方波U01，

11、则积分器的输出(2-2-5)当U01=+Vcc时，(2-2-6)15当U01=-Vcc时，(2-2-7)可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图所示。图2-2-3当a点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为（2-2-8）方波—三角波的频率（2-2-9）由式子（2-2-8）及（2-2-9）可以得出以下结论：1.电位器RP2在调整方波—三角波的输出频率时，一般不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围比较宽，则可用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。2．方波的输

12、出幅度约等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可以实现幅度微调，但会影响方波—三角波的频率。152.3三角波---正弦波转换电路