多功能低频函数信号发生器的设计

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1、多功能低频函数信号发生器的设计一、设计任务与要求1、设计任务设计一能产生正弦波、方波、三角波的多功能低频函数信号发生器。2、基本要求（1）可同时输出正弦波、方波、三角波。（2）信号频率：10Hz~10KHz。（3）频率稳定度：Δf／f＜10-3／日.（4）频率控制方式:通过改变RC时间常数控制频率(手动方式);通过改变控制电压Vi实现压控频率,(自动控制方式)。f=Ψ（Vi），Vi=1~10V。（5）波形精度：方波：如图2-4-1，上升沿和下降沿tr、tf时间均应小于2us。三角波：如图2-4-2，线性度δ／Vom

2、＜2%。正弦波：谐波失真度（V1为基波有效值，Vi为各次谐波有效值）（6）输出方式：①作电压源输出时，要求：输出幅度连续可调，最大输出电压的峰峰值不小于20V。当RL=100Ω~1KΩ时，输出电压相对变化率ΔV0／V0＜1%（即要求r0＜1.1Ω）。②作功率输出时，要求：最大输出功率大于1W。③作电流源输出时，要求：输出电流连续可调，最大输出电流的峰峰值不小于200mA。当RL=0Ω~90Ω时，输出电流相对变化率ΔI0／I0＜1%（即要求r0＞9KΩ）。40（1）具有输出过载保护功能当因RL过小而使I0＞400mA

3、（峰峰值），输出晶体管自动限流，以免进一步损坏元件。一、基本工作原理1、波形发生部分（1）方案1先产生三角波-方波，再将三角波变换为正弦波。其原理框图如图2-4-2所示。（2）方案2先产生正弦波，然后由比较器产生方波，再将方波通过积分器变换三角波。其原理框图如图2-4-3所示。2、输出方式（1）用作电压源输出和功率输出时，采用电压串联负反馈，如图2-4-4所示。（2）用作电流源输出时，采用电流串联负反馈，如图2-4-5所示。40三、单元电路设计参考1、三角波形成电路（1）利用恒流源对电容充放电实现三角波利用恒流源对

4、电容充放电可以实现三角波，其关键是需要一个恒流特性很好的恒流源和一个漏电很小、损耗和吸附效应很小的电容器，如聚苯乙烯电容器和聚四氟乙烯电容器，且电容量一般不超过1uf，原理电路如图2-4-6所示。工作原理：在K1打开、K2闭合阶段t=0~t1，电容充电至而在K1闭合、K2打开阶段t=t1~t2，电容放电至由此便可以得到三角波。图2-4-7所示为其实用电路。A1和晶体管T1组成恒流源Io，Io=（15+Vi）/1.2K。A2和晶体管T2组成恒流源2Io，T3、T4为电流开关，改变控制电压±40Vi的大小可同时调节两个

5、电流源的电流，因而可以方便地实现三角波频率的控制。（1）利用积分电路形成三角波积分电路可以将方波转换为三角波，其输入输出函数关系为：Vo=-Vi/RC。但由于运放的输入电阻、开环增益、SR均为有限值，输入偏置电流IB，失调电流IOS及温漂等不可能为零，以及电容C本身的漏电等原因，实际的三角波的线性度不可能十分理想。（2）方波、三角波发生器图2-4-9所示的方波、三角波发生器由积分器和比较器组成，其工作原理不作介绍，只作几点说明：所示电路的周期为：T=4（R1+RW1）C（R2/R3），由此可知，改变电位器W1和电容

6、C，或调节W3，均可改变频率。为了调节频率的方便，这里采用改变C作为频率的粗调，改变W1作为频率细调的方案。因调节W3将同时影响三角波的幅度，所以三角波的幅度一旦调好，W3就不再调节。调节W2可以改变E1的电位，而E1的大小对电容的充、放电的速度影响不同，将使三角波的上升、下降的斜率不等，从而可以改变三角波和方波的对称性。当计算稳压管限流电阻R4时，应考虑到：R4=[12-（Vz+0.7）]／Io，而Io=Io1+Io2+Io3+Iz。当Io1、Io2、Io3处于最大时，Iz仍应大于Izmin（通常为5mA）。1、

7、正弦函数转换器利用正弦函数转换器可以将三角波转换为正弦函数。这里介绍两种正弦函数转换网络，这两种正弦函数转换网络的基本设计思想都是将三角波进行逐段校正，使之逼近正弦波。如图2-4-10所示，在T/2内均匀的设置了六个断点，以作7段校正，所以每段所占的时间为T/14。若设正弦波过零点的斜率与三角波相同，即40有Vom=2Vim/π≈0.64Vim。由此可推算出各断点上应校正到的电平值：Vo1、Vo2、Vo3。设Vim=5v，Vom=3.18v，则其对应电路如图2-4-11所示，其基本结构是比例放大电路，只是按照图2-

8、4-9的要求，使运放A在不同的时间区段内，具有不同的比例系数，对不同区段的比例系数的调整，是通过二极管网络来实现的。如输出信号的正半周内有D1、D2、D3控制切换；负半周内有D4、D5、D6控制切换。电阻Rb1~Rb3与Rb4~Rb6分别组成分压器，控制各二极管的动作电平。例如：①在0~t1区段，要求D1~D6均不导通，此时，V0与V1的比例关系应为：由Vo