模拟电子技术课设之信号发生器

内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《低频电子线路课程设计》报告

设计题目简易函数信号发生器设计

指导教师张鹏举职称讲师

姓名高佳玉

学号558

日期2010-7-14

简易函数信号发生器设计

摘要信号发生器产生正弦波、方波、三角波的方案有多，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变成正弦波

关键词信号发生器；正弦波；方波；三角波；

1 设计任务及主要技术指标和要求

设计任务

设计一个简易波形发生器，能产生正弦波、方波、三角波。由分立元件和中小规模运放构成。

设计技术指标和要求

（1）频率范围：1-100Hz。

(2）输出电压：方波<=22V，三角波=8V，正弦波>=1V。

（3）根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。

（4）利用CAD软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单。

2工作原理

设计方案

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，

再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—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。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，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曲线的非线性。

图1 总设计框图

工作原理

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，电路产生了自激振荡。

方波---三角波转换电路的工作原理

用集成运算放大器组成比较器和积分电路[1]，积分电路和比较器之间形成负反馈，

当负反馈不存在时，在比较器的输出端输入方波信号，则积分电路的输出端输出三角波。

当负反馈存在时，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则比较器输出方波，积

分电路输出三角波。

三角波---正弦波转换电路的工作原理

主要由差分放大电路来完成，差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能

力较强等优点。特别是作为直流放大器，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曲线的非线性。

3基本组成

方波---三角波转换电路

U1U2

图2 方波——三角波产生电路

三角波---正弦波转换电路

U O2

图3 三角波——正弦波的变换电路

4设计步骤

步骤

方波——三角波输出电路设计

通过选定的方案，选用比较器和积分电路产生需要的波形。画出电路图，连接电路图，把输出接在示波器上检测。当负反馈不存在时，应算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器翻转。A2与R4。、RP2、C1及R5组成反向积分电路。当在U1输入方波时，在U2输出一个上升速度和下降速度都相等的三角波。

当负反馈存在时，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，电路的两个应放A1和A2自激震荡，而且电路形成负反馈，则比较器输出方波，积分电路输出三角波。滑动变阻器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C1改变频率的范围，PR2实现频率微调。滑动变阻器RP1可实现方波的输出幅值微调，但会影响方波--三角波的频率。 三角波——正弦波转换电路设计

主要由差分放大电路来完成，差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，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曲线的非线性。RP3调节三角波的幅度，RP4调整电路的对称性，其并联电阻RE1用来减小差分放大器的线性区。电容C2,C3,C4为隔直电容，C5为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。 电路的参数选择及计算 方波——三角波电路

实物连线中，因为实验室没有的电容，我们选择了的。一开始很长时间出不来波形，后来将我们改变了一些电阻值，RP1原来是10K 的，我们通过实验，最终换成了10K 的滑动变阻器，然后把滑片滑到50%的位置，把RP2的滑动变阻器换成了20K 的，把滑片滑到50%的位置，就顺利得出波形。

取R1=R2=R5=10K ，R3=20K ，R4=,RP1为10K 的滑动变阻器，RP2为20K 的滑动变阻器。

31

2422

4()R RP f R R RP C +=

+

三角波——正弦波转换电路

隔直电容C2、C3、C4要取得较大，因为输出频率很低，取C2=C3=C4=470uf，滤波电容C5视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C5可取得较小，C5一般为几十皮法至微法。RE1=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R8确定。

5整体框图

图4 三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路

6 设计所用器材