模电课程设计 函数发生器

课程设计任务书学生姓名：专业班级：通信1005班指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 《函数发生器》初始条件：利用集成运算放大器和晶体管差分放大器等设计一个方波－三角波－正弦波函数发生器。

要求完成的主要任务:（1）频率可调范围：10Hz~10kHz；(2)输出电压：正弦波V PP=0~3V, 三角波V PP=0~5V, 方波V PP=0~15V；（3）输出电压幅度连续可调（4）方波上升时间小于2微秒，三角波线性失真小于1%，正弦波失真度小于3%发挥部分（1）矩形波占空比50%~95%连续可调；（2）锯齿波斜率连续可调。

时间安排：12月20日——22日：学习运算放大器和差分放大电路理论知识；12月23日——25日：画电路并在,Multisim上仿真；12月26日：买元器件并查找器件代替买不到的元件；12月27日：焊接电路并调试；12月28日：完成课程设计实验报告。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日函数发生器摘要函数发生器是一种多波形的信号源。

它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。

有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。

函数发生器有很宽的频率范围，使用范围很广，它是一种不可缺少的通用信号源。

可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。

随着集成电路的迅速发展，用集成电路可以很方便的组成函数发生器，产生各种波形。

用集成电路设计的信号发生器与其他信号发生器相比，有波形、幅度、频率稳定等优良性能。

Function generator is a kind of more of the waveform signal source it can produce sine wave square wave triangle wave sawtooth wave, and even some arbitrary waveform generator also has a function of the function, can be an am FM phase-modulation pulse width modulation and VCO control function generator has a wide frequency range, using range is very wide, it is a kind of indispensable general source can be used for production test instrument maintenance and laboratory, also widely used in other areas of science and technology, such as medical education chemical communication geophysics industrial control military and the space, along with the rapid development of the integrated circuit, with integrated circuit can be very convenient component function generator, produce all sorts of wave with integrated circuit design of the signal generator and other signal generator with a wave amplitude frequency stability and good performance1 课程设计的目的及任务 (6)1.1 课程设计的目的 (6)1.2 课程设计的任务及要求 (6)2 电路设计方案与比较 (7)2.1 电路设计的多种方案 (7)2.1.1 方案一 (7)2.1.2 方案二 (7)2.1.3 方案三 (8)2.1.4 方案四 (8)2.2 电路设计方案的比较 (8)3 函数发生器的设计方案及单元电路 (9)3.1 函数发生器的设计原理框图 (9)3.2 各组成部分电路的设计 (9)3.2.1 方波发生电路的工作原理 (9)3.2.2 方波---三角波转换电路的工作原理 (12)3.2.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理 (14)3.3 函数发生器的总电路图 (16)4 电路的参数选择及计算 (16)4.1 芯片的确定 (16)4.2三极管的确定 (17)4.3 其他元器件型号及参数的计算 (17)5 Multisim软件电路仿真 (18)5.1 方波——三角波发生电路的仿真 (18)5.2 三角波——正弦波转换电路的仿真 (20)6 电路的安装与调试 (23)6.1 方波---三角波发生电路的安装与调试 (23)6.1.1 安装方波——三角波产生电路 (23)6.1.2 调试方波——三角波产生电路 (23)6.2 三角波——正弦波转换电路的安装与调试 (23)6.2.1 安装三角波——正弦波变换电路 (23)6.2.2 调试三角波——正弦波变换电路 (24)6.3 总电路的安装与调试 (24)6.4 调试中遇到的问题及分析与总结 (24)6.4.1方波-三角波发生器的装调 (24)6.4.2 三角波---正弦波变换电路的装调 (25)6.4.3 性能指标测量与误差分析 (26)7 仪器仪表电子元器件明细清单 (26)8 心得体会 (28)9 参考文献 (29)1 课程设计的目的及任务1.1 课程设计的目的通过对课程的设计掌握电子系统的一般设计方法，掌握模拟IC器件的应用，培养综合应用所学知识来指导实践的能力，为接下来电子信息学习培养兴趣。

1.2 课程设计的任务及要求函数发生器设计设计任务：利用集成运算放大器和晶体管差分放大器等设计一个方波－三角波－正弦波函数发生器。

要求：（1）频率可调范围：10Hz~10kHz；(2)输出电压：正弦波V PP=0~3V, 三角波V PP=0~5V, 方波V PP=0~15V；（3）输出电压幅度连续可调（4）方波上升时间小于2微秒，三角波线性失真小于1%，正弦波失真度小于3% 发挥部分（1）矩形波占空比50%~95%连续可调；（2）锯齿波斜率连续可调。

2 电路设计方案与比较2.1 电路设计的多种方案自己设计制作函数发生器，可以使用分立器件（低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块5G8038）。

为了进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，我在这次课程设计中采用集成运算放大器和晶体管差分放大器共同组成方波——三角波——正弦波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波方案有多种：2.1.1 方案一由RC 桥式电路振荡产生正弦波，再经整形积分产生方波和三角波。

原理方框图如图2.1.1 。

图2.1.1 方案一函数发生器的设计原理框图 2.1.2 方案二采用DDS 作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案，根据输出信号波形类型可设置、输出信号幅度频率可数控、输出频率宽等要求，选用了AD9850芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字，再经放大后加数字衰减网络，从而实现了信号幅度、频率、类型以及输出等选项的全数字控制。

2.1.3 方案三用ICL8038集成函数信号发生器所需信号。

接入外部电路后ICL8038多个引脚产生方波、三角波、正弦波，频率调节通过引脚接外电路来完成。

然后从ICL8038出来经过选择开关选择所需波形进入LM31D8进行放大和幅度调节，最后从LM31D8出来的波极为频率和幅度可调的各种波形。

2.1.4 方案四由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较强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。

2.2 电路设计方案的比较方案一：用RC桥式电路及整形积分电路构成的函数发生器所产生的信号难以控制，不易调试，可调范围小;方案二：由于我的知识限制，此方法仅仅停留在了解阶段，不懂其中原理；方案三：由运算放大电路、电位器等组成的多功能函数发生器，精确度高，但过于复杂；方案四：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。

能实现频率可调的指标要求，且能实现一定范围内的幅度调节。

但积分电路的时间参数选择需保证电路不出现积分饱和失真。

此电路可以很好地结合已学的知识与实践，且输出波形幅度及频率均可通过改变元件参数进行调整，方便且成本较低。

3 函数发生器的设计方案及单元电路3.1 函数发生器的设计原理框图图3.1.1 函数发生器的设计原理框图3.2 各组成部分电路的设计3.2.1 方波发生电路的工作原理方波发生器工作原理如下：若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。

如图3.2.1.2，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。

R1称为平衡电阻。

运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia 。

比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc ，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee 跳到高电平Vcc 。

设Uo1=+Vcc,则 322323()0CC ia R R U V U R R R R +=++=++ 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 2233()CC CC ia R R U V V R R ---=+= 若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为 2233()EE CC ia R R U V V R R +-=-= 比较器的门限宽度232HCC ia ia R U U U I R +-=-= 由以上公式可得比较器的电压传输特性，其曲线如图3.2.1.1，所示。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

其中，图中方波输出R7和R6中间点，通过两阻值的比值调节输出方波的幅度。

图3.2.1.1 比较器的电压传输特性曲线图3.2.1.2 方波发生电路3.2.2 方波---三角波转换电路的工作原理图3.2.2.1 方波-三角波产生电路图图3.2.2.2 方波----三角波变换a 点（R2左端）断开后，运放A2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Uo2为214221()O O U U dt R RP C -=+⎰ 1O CC U V =+时，2422422()()()CC CCO V V U t t R RP C R RP C -+-==++1O EE U V =-时，2422422()()()CC EE O V V U t t R RP C R RP C --==++可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。