简易函数发生器的设计与制作电子实验报告

目录

1设计任务

（1）实验名称

（2）实验目的

（3）实验要求

（4）主要技术指标

2 设计分析

（1）实验原理

（2）方案论证比较

（3）系统功能及设计框图

3电路设计过程

（1）电路各部分设计

a分压电路的设计

b跟随器的设

c反相器的设计

d积分电路的分析与设计

e 差分放大电路的设计

f反馈电路的设计

（2）电路规格计算

4设计总图及元件列表调试（1）总图

（2）元件列表

（3）电路修正

5实验结论及经验总结

（1）注意事项

（2）实验感想

1 设计任务

(1) 实验名称：简易函数发生器的设计与制作

(2)实验目的:

a.了解电路系统的设计过程，增加动手能力，理论联系实践

b.进一步学习模电放大器，积分器电路的特性和设计方法

c.巩固基本的电学仪器的使用方法

d.掌握波形的转换电路及通过反馈进行电路控制的方法

(3)实验要求：

a 用基本集成放大器，三极管，电阻电容等制作一个简易函数发生器。

b 用EWB软件进行仿真设计求得各电压电阻参数。

(4)主要技术指标

a 函数发生器输入电压为0-2V，输入频率为0-10KHz.

b. 函数发生器可以输出方波，三角波，正弦波等波形

c. 输出三角波的幅度为-4V--+4V,输出正弦波幅度为-2V——+2V，方波幅度为0-10V 。

2 设计分析

（1）实验原理：

本设计实验通过模电教学中常用的集成运放，三极管，电容等器件让学生自主设计简易函数发生器。

函数发生器由电压控制，可实现方波，三角波，正，需要在电路中加入反馈，使得电压反向器产生交替的电压形成方波。整个电路基本框图弦波按照一定频率输出。三角波的形成可以通过方波积分形成，而三角波经过单入单出差分放大器后产生饱和失真，三角波顶端变平滑，可近似看做正弦波。要控制方波的输出,必须在积分电路后加入负反馈，使得反向器控制电路交替正负从而形成方波信号。

（2）方案论证比较：

方案1：

该方案在生成正弦波方面有所不同，利用低通滤波器。将三角波按照傅里叶级数展开的如下

128

11()(sin sin 3sin 5.....)925m u t U t t t ωωωωπ=-+-

其中Um 是三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。

但是，由于低通滤波电路这种做法，对于干扰信号的屏蔽能力差，而且正弦波如果频率变化范围比较大的话不适合使用低通滤波器。所以放弃这种方案。

跟随电路 比较反馈

差分放大器

积分器 反相器

方案二、

使用单限比较器也可以达到同样的效果，但由于单限比较器对干扰信号的屏蔽能力差，在电路中不能有比较大的电压波动，多以不适合在这里使用，故结论如下。

（2）整个电路总体结计框图如下图所示：

整个电路可以实现函数发生器的功能。

跟随电路 单限比较器

差分放大器

积分器 反相器 跟随电路 反相器 积分器 差分放大器

反馈电路

3电路设计过程

（1）电路各部分设计：

a分压电路的设计：

b跟随器的设计

电源跟随器主要起电源保护作用，同时保持电压。电源跟随器电路如下：

C反相器的设计

连接电源跟随器的是由放大器组成的反相器，反相器的作用主要是在开关的控制下，实现电压的正负方向的翻转，而这是直流电形成方波信号的途径，在函数发生器当中，开关是用一个三极管代替的由电平控制的系统，而控制三极管的电平由反馈电路控制，反相器的电路如下图表示：

d积分电路的分析与设计

由直流电形成的方波信号经过积分电路时，电容以近乎恒流的方式进

行充电，输出电压与时间成线性关系，所以方波信号可以积分形成三角波信号，积分电路可以由集成运算放大器和合适的电阻电容构成，根据

可以得到满足要求的三角波信号。积分器的设计如下图所示：

e 差分放大电路的设计

当积分器形成三角波输出之后，想要得到近似正弦波的波形，需要用到合适的差分放大器，使得三角波波形出现顶端失真的情况，从而使得三角波尖部平滑，得到需要的波形，差分放大器采用单入单出接法，故其设计电路图如下图：

这样就得到了三角波和正弦波，

f反馈电路的设计

为了控制反相器正常工作，需要在反相器的三极管开关处接一个控制的反馈信号，用施密特控制器来做反馈电路，施密特反馈电路如下图

所示：

（2）电路规格计算

a 由于实验室提供的电源电压是12V 稳压电源，因此需要通过分压电路产生0~2V 电压。即两个电阻的比值满足5:1即可。故选取5K Ω固定电阻和1K Ω滑动变阻器进行调节。

b 跟随器只需要反馈电阻与输入电阻相同即可，故在设计时选取1K Ω电阻

c 由于反相器的原理可知

112

21f s o o v s i i V V R R V R A V R =⇒

=-⇒==- 因此，调节2

1R R 比值即可满足条件，具体电阻如下图。

d 积分器电路设计

积分器电路是本设计中最重要的参数之一，因为由1/RC 决定着该电路的振荡频率，故由图形分析得知，R 约为1K Ω

左右。

e 差分放大器设计