函数发生器设计报告
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理与电气工程学院课程设计报告
函数发生器
姓名：赵亚飞
学号：070203053
指导教师：苗风东
单位：电气工程
成绩：
日期：2010.6.1
函数发生器
关键字：调节电压频率输出波形电容电路运放
摘要：函数发生器能自动产生方波、三角波、正弦波波形。其中电路使用的器件是分立器件，由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成。按照电路设计结构先产生方波-----三角波，再将三角波变换成正弦波的设计方法。
一．概述
在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。
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。
二．方案论证与比较
2.1 系统功能分析
本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号幅度、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案：
2.2 方案论证
方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。方案二∶采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率相信都很难控制。
方案三：采用运放、晶体管构成的基于模拟电路的函数发生器。易于调节所产生波形的频率和幅值，且信号稳定性好。
基于以上三种方案比较，本课题采用第三种方案。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。
三．系统工作原理分析
3.1方波----三角波产生电路
图1所示的电路能自动产生方波---三角波。
电路的工作原理为：若a 点断开,运放
A
1
与R 1、R 2及R 3、RP 1组成电压比较器，R 1称为平
衡电阻，C 1称为加速电容，可加速比较器的翻转；运放的反相端接基准电压，即0=-V ，同相端接输入电压v ia ；比较器的输出v o 1的高电平等于正电源电压V
CC
+，低电平等于负电源电压
V
EE
-，（
V
V
EE
CC
-+=
），当比较器的0==-+V V 时，比较器翻转，输出v o 1从高电平V
CC
+跳到低电平V
EE
-，或从低电平V
EE
-跳到高电平V
CC
+。设v o 1=V
CC
+，则
0)(1
321
3
13
2
2
=+++
+++=
++
V
RP
R R RP
R
V RP
R R R V
ia
CC
（1）
式中，RP 1指电位器的调整值（以下同）。将上式整理，得比较器翻转的下门限电位
V
RP
R R
V
RP
R R V
CC
CC
ia 1
3
2
1
3
2
)(
+=+=
-+--
（2）
若V
V EE
o -=1则比较器翻转的上门限电位
V RP
R R
V RP
R R V
CC
EE
ia 1
3
2
1
3
2
)(
+=
+=
--+
（3）
比较器的门限宽度
V RP
R R
V V V
CC
ia ia H
1
3
2
2
+=-=-
+
（4）
由式（1）~（4）可得比较器的电压传输特性，如图2
A 点断开后，运放A
2
与R 4、RP 2、C 2及R 5组成反相积分器，其输入信号为方波v o 1，则积
分器的输出
⎰+
-=
dt
v
C
RP R v
o o 1
2
3
42
)(1
（5） 当v o 1=V
CC
+时，
t
t C RP
R V C RP
R V v
CC
CC
o 2
242
242
)()()
(+
-=
+
+-=
（6） 当v o 1=V
EE
-时，
t
t C
RP R V
C RP R V v
CC
EE
o 2
2
4
2
242
)()()
(+=
+
--=
（7）
可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图3所示。
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