北邮-函数信号发生器

北京邮电大学

电子电路综合实验报告

课题名称：函数信号发生器的设计学院：信息与通信工程学院

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2015年4月26日

课题名称：函数信号发生器的设计

摘要：

方波-三角波产生电路采用了运放组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求以及对所需方波、三角波的幅度可以确定合适的运放以及稳压管的型号、所需电阻的大小和电容的值。三角波-正弦波的转换是利用差分放大器来完成的，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度以及电路的对称性。同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。最后利用反馈电阻Ro大小变化来控制方波和三角波的幅值，利用旁路电容C4来控制正弦波的幅值，将R2换成顶调电位器和二极管来控制方波占空比。

关键词：方波三角波正弦波频率可调幅值可调

一、设计任务要求

1. 基本要求：

（1）输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真；

（2）方波输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升、下降沿小于10us；

（3）三角波Uopp=8V（误差小于20%）；

（4）正弦波Uopp错误!未找到引用源。1V，无明显失真。

2. 提高要求：

（1）将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围为30%—70%；

（2）三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调。

二、设计思路

实验设计函数发生器实现方波、三角波和正弦波的输出，其可采用电路图有多种。此次实验采用迟滞比较器生成方波，RC积分器生成三角波，差分放大器生成正弦波。除保证良好波形输出外，还须实现频率、幅度、占空比的调节，即须在基本电路基础上进行改良。

由比较器与积分器组成的方波三角波发生器，比较器输出的方波信号经积分器生成三角波，再经由差分放大器生成正弦波信号。其中方波三角波生成电路为基本电路，添加电位器调节使其频率幅度改变；正弦波生成电路采用差分放大器，由于差分放大电路具有工作点稳定、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。

三、电路设计过程

1. 方波-三角波电路的产生

方波输出

三角波输出

该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管VDW1,VDW2的稳压值决定，即峰峰值在12V，所以选用稳压值为6V的稳压管。方波经积分得到三角波，幅度为U02m=(Uz+Ud),由R1和Rf的比值及稳压管的稳压值决定，由于要求中要求峰峰值为8V，则R1和Rf的比值为2：3，试验中选取的R1为18K，Rf为30K。R3为平衡电阻，阻值为R1和Rf并联的值，故R3取12K，根据输出方波的幅度可以选择限流电阻R0的阻值为2k。

方波和三角波的振荡频率相同，为f=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。，式中α是电位器Rw的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。可见调节Rw可改变振荡频率，为使α的变化范围大，输出频率在要求的范围之内，故实验中选取的Rw为10K。

根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择合适

的运放，实验中在产生三角波的时候选取的是LM318，在产生正弦

波的时候选取的UA741.根据所要求的振荡频率确定R:C的值，实验

中选取的R2为4.7K，C为0.01uF。R4为平衡电阻，应与R2选取同

样的阻值，即4.7K。

2. 三角波-正弦波电路的产生

正弦波输出

差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛的应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。

静态时，差动放大器不加入输入信号，对于电流镜Re3=Re4=Re

Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/β≈Ic4= Ic3

而Ir= Ic4= Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/(R+Re4)

上式表明恒定电流Ic3主要由电源电压Ucc、Uee和电阻R、Re4决定，与晶体管的参数无关。由于差动放大器得静态工作点主要恒流源决定，故一般先设Ic3 。Ic3 取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。但Ic3取值也不能过小，一般为几个毫安。在实验中，取Ic3 为1mA，则有Ic1 = I c2=0.5mA。由R+R e=（Ucc +U ee -Ube ）/I r,其中Ucc为12V，Uee 也为12v，Ube 的典型值为0.7V，Ir为1mA,实验中取R=20KΩ，Re4 =2KΩ。为使两管输入保持对称。取Re3 =Re4 =2K。Rp用来调整电路的对称性，不能取太大，实验中选取阻值为100Ω的电位器。

三角波-正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路、二极管可变分压器电路和查分放大器等。以上是利用差分放大器传输特性

曲线的非线性，实现三角波-正弦波变换的过程。

由上图可以看出，差分放大器传输特性曲线特性越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。下图为实现三角波-正弦波变换的电路。图中RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻RE用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C1,C2,C3为隔直流电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出正弦波的波形。在实验过程中，Re与电位器Rp2并联，取阻值为100Ω。电解电容C1、C2、C3为隔直流电容，为达到良好的隔直流、通交流的目的，其容值应该取的相对较大，取

C1=C2=100uF 、C3=680pF。Rp1调节三角波的幅度，为满足实验要求，其可调范围应该比较大，故取Rp1=100kΩ。Rb1与Rb2为平衡电阻，取值为Rb1= Rb2=3.2KΩ。流进T1，T2集电极电流为0.5mA，为满足其正弦波的幅度大于1V，取Rc1= Rc2=5.6kΩ，使得电流流经Rc2的电压降不至于很大。C4为滤波电容，取C4=100uF。至此，电路的设计基本完成。

3. 总体电路图