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1、函数信号发生器设计报告目录一.设计要求.2二.设计的作用，目的.2三.设计的具体实现.21.系统概述.22. 单元电路设计，仿真与分析.3 2.1方波发生电路.3 2.2三角波发生电路.4 2.3正弦波发生电路.5 2.4方波-三角波转换电路的工作原理.8 2.5三角波正弦波转换电路工作原理.11 3.总电路图.134 心得体会及建议.14五.附录.156. 参考文献.16函数信号发生器设计报告一.设计要求（1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图（运用Multisim电路仿真软件）；（2）选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）； （3）对电路进行局部或
2、整体仿真分析；（4）按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），并完成相应答辩。二.设计的作用，目的（1）在给定的12V直流电源电压条件下，用集成运放设计一个函数信号发生器。 函数信号发生器能够输出正弦波、方波和三角波，幅值和频率可调。（2）掌握函数信号发生器工作原理，熟悉集成运放的使用方法，熟悉Multisim软件的使用。三.设计的具体实现1.系统概述产生正弦波，方波，三角波的方案有很多种，可以先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波转换成方波，再由积分电路将方波变为三角波；也可以首先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波或方波变成正弦波。本设计采用先产生方波-三角波，再将三角波变换成正
3、弦波的电路设计方法，其电路图如下图： 图1 函数信号发生器原理图 2.单元电路设计，仿真与分析多波形信号发生器方框图如图1所示。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。并采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法：由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线性区要窄，输入的三角波的的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。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。2.1 方波发生电路从一般原理来分
4、析,可以在滞回比较器电路的基础上,靠正反馈和RC充放电回路组成矩形波发生电路,由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态，高电平或低电平，两种不同的输出电平式RC电路进行充电和放电，于是电容上的电压降升高或降低，而电容的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变成放电过程或相反，如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方波信号方波发生电路仿真电路模型如图2-1所示图2-1 方波发生电路仿真模拟 2. 三角波发生电路在产生方波之后，利用此波形输入到一个积分电路便可输出一个三角波。由于三角波信号是电容的充放电过程形成
5、的指数形式，所以线性度较差，为了能得到线性度较好的三角波，可以将运放和几个电阻，电容构成积分电路。三角波发生电路仿真电路模型如图2-2所示：图2-2三角波发生电路仿真模拟2.正弦波发生电路利用差分放大器传输特曲线的非线性，将三角波信号转化成正弦波信号。其传输特性曲线越对称，线性区越窄越好，三角波的幅值pp应正好使晶体管接近饱和区和截止去。正弦波发生电路仿真电路模型如图2-3所示：图2-3正弦波发生电路仿真模拟在Multisim 10中可得到图所示的波形：图2-4方波图2-5三角波图2-5正弦波2. 方波-三角波转换电路的工作原理图2-7为方波-三角波转换电路，其中运算放大器用双运放器741DI
6、V图2-7参数选择：在电容C1、C2处放置了选择开关，可以满足课设要求的两个频率范围110Hz、10100Hz： 当需要110Hz时，开关选择C2=1F，取，RP2为100电位器； 当需要10100Hz时，取C2=100nF，以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。平衡电阻。工作原理如下： 若a点断开，运算发大器A1（左）与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放A2（右）与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出电压Uo2为 当时， 当时，若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
7、角波。三角波的幅度为：方波-三角波的频率f为： 由此可见积分器在输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如下图28所示 图2-8三角波的幅度为：方波-三角波的频率f为： 由以上两式可以得到以下结论：1. 电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。2. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。2. 三角波正弦波转换电路工作原理图2-9参数选择：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因
8、为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R6确定。图2-10分析表明，传输特性曲线的表达式为： 上式中：；差分放大器的恒定电流；温度的电压当量，当室温为25时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为式中：Um三角波的幅度；T三角波的周期。 为使输出波形更接近正弦波，由图5-10可知：（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2） 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。3. 总
9、电路图图2-11仿真图 图2-12比较器与积分器组成正反馈闭环电路，方波、三角波同时输出。电位器Rp1与Rp2要事先调整到设定值，否则电路可能会不起振。只要接线正确，接通电源后便可输出方波、三角波。微调Rp1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节Rp2，则输出频率在对应波段内连续可变。 调整RP4及电阻R7，可以使传输特性曲线对称。调节Rp3使三角波的输出幅度经Rp3输出等于Uidm值，这时输出波形应接近正弦波，调节C6的大小可改善波形。 因为运放输出级由PNP型与NPN型两种晶体管组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，导通时受输出电阻的影响，使方波输出值小于电源电压值，故
10、方波输出电压Up-p2Vcc。方波的上升时间tr主要受运算放大器转换速率的限制。 实验中若波形幅值太小，可适当添加一个放大电路以达到课设要求。四.心得体会及建议 通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。这次课程设计让我认识到设计是让我们提升动手能力的绝好机会，这也能让我们可以把以前学到的理论知识在实践中得到认证，我期盼在今后的课程中能得到更多像这样的机会让同学们得到锻炼。同时
11、通过这次对函数波形发生器的设计与制作，让我更加了解了一些设计电路的程序，也让我了解了关于函数波形发生器的原理与设计理念，设计一个电路时只有先通过仿真，仿真成功之后再实际接线使我了解了multisim等软件及其运用，这次设计还使我认识到，电路设计需要耐心，需要一种整体的思维，而且遇到点问题很正常，关键要学会分析问题，善于解决问题，很多东西要弄懂弄动手实际操作才会有深刻理解五.附录双踪示波器1台多通道示波器1台运放741-DIV2片电位器47K 2只电位器100 1只电位器100K 1只电容470F 3只电容100F 1只电容1F 1只电容0.1F1只选择开关1只电阻20K3只电阻10K3只电阻6.8K2只电阻5.1K1只电阻2K2只电阻8K1只电阻1001只晶体管2N22194只二极管1N4743A2只六.参考文献1彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社2孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教育出版社3梁宗善. 电子技术基础课程设计M. 武汉：华中理工大学出版社4张玉璞，李庆常. 电子技术课程设计M. 北京：北京理工大学出版社5薛鹏骞，梁秀荣. 电子设计自动化技术实用教程M. 北京：中国矿业大学出版社第 16 页 共 16 页