函数信号发生器的设计与制作

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1、【实验题目】：函数信号发生器的设计与制作【实验目的】：能在设计与制作实验的过程中，结合所学理论知识，进行电子应用电路的设计、组装与调试，以此来掌握使用模拟分立元器件和数字电路集成芯片设计一个函数信号发生器电路的方法和实践技能，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。【设计内容及要求】：1.设计要求：设计设计一个电路实现方波-三角波-正弦波函数发生器主要技术指标1）输出波形：正弦波、方波、三角波等2）频率范围：10～100Hz，1000HZ～１０KＨz3)输出电压：方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U>1V；4)波形特征：方波tr<10s（1kH

2、z，最大输出时），三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%。2.基本原理函数信号发生器是将输入的电压经过一系列变换后能够输出要求的波形。图13.提出解决问题的方案及选取1．方案论证1）方波-三角波电路图2所示为产生方波-三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器。图2方波-三角波产生电路运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，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3所示。图3方波-三角波波形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。2）

3、.三角波→正弦波的变换三角波→正弦波的变换主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。其非线性及变换原理如图4所示。图4三角波→正弦波的变换原理图5为三角波→正弦波的变换的电路。其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。图5三角波→正弦波变换电路2.参数计算由图2

4、分析可知比较器有两个门限电压其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为当Uo1=+VCC时当Uo1=-VEE时由图3分析有三角波的幅度为方波-三角波的频率为由上分析可知：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。②方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上下微调，但会影响波形的频率。在图5中，比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：由于因此取R3=10kΩ,则R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1为47kΩ的电位器。取平衡电阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。因为

5、当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2为100kΩ电位器。当19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。取平衡电阻R5=10kΩ。三角波→正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470μF，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1μF。RE2=100Ω与RP4=100Ω，相并联，以减少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R*确定。3方波-三角-正弦波函数发

6、生器电路图根据以上设计，并将计算结果应用于电路中，整个设计电路采用如图6所示。其中运算放大器A1、A2用一只双运放LM747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319或双三极管2SC9011、9013等。取电源电压为±12V。图6方波-三角-正弦波函数发生器电路图6.实物图的焊接和调试按照方案的电路图焊接好电路板。如图所示：电路实物图调试前，将电路板接入±12伏电压，地线与电源处公共地线连接。实物测试波形如下：7.元件清单：1．集成电路LM7412片2．电容470uf3只，10uf2只，1uf1只，0.1uf1只3．电阻10kΩ3只

7、，20kΩ3只，5.1kΩ1只，8kΩ1只，6.8kΩ2只，100Ω1只，2kΩ2只滑动变阻器47kΩ2只，100kΩ2只4.三极管S90114只8.心得体会通过对函数信号发生器的设计与制作的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此项目的设计，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。在整个设计到电路的连接以及调试过程中，我个人感觉调

8、试部分是最难的，因为你理论计算的值在实