电子科技大学模电课程设计报告——函数发生器

电子科技大学

《模拟电路基础》应用设计报告

设计题目：函数发生器

学生姓名：学号：

教师姓名：日期：

一、设计任务

设计一个正弦波信号发生器

设计一个方波信号发生器

设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器

指标：

频率：1kHz

幅度：正弦波大于10Vpp；方波10Vpp；三角波6Vpp。

二、电路原理

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。我们需要制作的是能够发出三种不同波形的函数发生器，为了制作我们所需要的函数发生器，得到我们所需要的波形，我们的设计方案如下：

图1 函数发生器设计框图

由三个电路组成，分别实现三种波形的产生

表1 各组成电路功能和原理

电路RC正弦振荡电路方波信号发生器三角波信号发生器实现的功能产生正弦信号产生方波信号产生三角波信号原理差分放大电路比较器积分器

1.RC正弦震荡电路

4个组成部分：放大电路、选频网络、正反馈网络、稳幅网络。

参数选择：kHz

。

f1

选择C=nF

~

1,以产生1kHz的频率,根据C可以确定R，调节R或C可

nF10

以改变振荡频率。选择R1和R2，调节R1使电路振荡，同时波形失真小，输出电压大小满足要求。

图2 RC正弦震荡电路

2.方波信号发生器

三部分组成：滞回比较器、RC电路、稳压管，各部分实现功能如下表：

表2 方波发生器各组成部分功能

组成部分滞回比较器RC电路稳压管

功能引入正反馈，产

生振荡，具有抗

干扰能力。

作为延迟环节和反馈网

络，通过对电容的充放电

实现两种状态的转换。

输出需要的方波

电压。

参数选择：

振荡周期

可选择：C=

根据C及R1和R2的比值可以确定R3，调节R3或C可以改变振荡率。选择合适的稳压管和R4，调节R3使电路振荡到所需频率。

图3 方波信号发生器

3.三角波信号发生器

方波信号利用反相积分电路变换为三角波

输入为方波时，输出为三角波 参数选择：

可选择：C=

根据C 及输入输出信号的比值可以确定R,R 可采用固定电阻与半固定电 阻相串联的形式。

图4 三角波信号发生器

())(1

~1

101221t u t t u RC

u t t u dt u RC

u I o I I o +-•-

=-=⎰则为常量，在若4T

RC U U Z R •

=三角波幅度F

F μμ1.0~01.0

4.总体电路图

图5 总体电路图

三、电路仿真和结果

1.选择的器件及其参数

选用的元器件型号和数量(表3)

表3 选用的元器件型号和数量

元件型号数量集成运算放大器MC4558CU 3个二极管一般二极管1N4001G 2个稳压二极管1N4733A 2个

电容1.5nF 2个0.01uF 1个0.012uF 1个500kΩ1个

电阻100kΩ3个55kΩ1个40kΩ2个20kΩ1个13.7kΩ1个1kΩ2个

2.电路仿真

将上述电路按照设计框图和总电路图连接，并选择上表合适的元件参数。得到图6：

图6 仿真电路图

通过调节开关可从示波器中分别得到正弦波，方波和三角波三种波形，可从下方四通道示波器同时得到三个波形：

（1）输出正弦信号

将开关调到位置1，可得到正弦信号，如图：

图7 开关位置1

图8 输出正弦波形

由图像可知，该正弦信号频率周期为1ms，所以频率为1kHz,同时，输出电压峰-峰值Vpp>10V。

（2）输出方波信号

将开关调到位置2，可得到方波信号，如图：

图9 开关位置2

图10 输出方波波形

由图像可知，该方波信号频率周期为1ms，所以频率为1kHz。同时，输出电压峰-峰值Vpp>10V。

（3）输出三角波信号

将开关调到位置3，可得到三角波信号，如图：

图11 开关位置3

图12 输出三角波波形

由图像可知，该三角波信号频率周期为1ms，所以频率为1kHz。同时，输出电压峰-峰值Vpp约为6V。

(4)同时输出三种波形

将三种波形输出端连在四通道示波器中的三个通道上，可同时输出三种波形，如图：

图13 四通道示波器输出波形图

经过上述测试所得到的结果可以看出，这个函数发生器的制作符合课程设计的要求，即：

（1）设计一个正弦波信号发生器

设计一个方波信号发生器

设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器

（2）指标：

频率：1kHz

幅度：正弦波大于10Vpp；方波10Vpp；三角波6Vpp。

所以，本次仿真设计成功。

四、电路加工及测试（可选）

1.焊接过程注意事项

（1）焊接时，应该遵循先焊小元件，如电阻和二极管等；后焊大元件，如电容。

(2)焊接时间不宜过长，特别是在焊接MC4558CU和各二极管的时候，防止高温改变元件参数。

(3)对于三角波电路，为了防止低频增益过大，可以增加如图的Rf。在振

荡频率较高（数千赫兹以上）时，由于运放工作速率的影响，电路会产生开关延迟，使电路的振荡周期大于设计值，此时可以在积分电容上串联补偿电阻R1。

2.阐明所用的测试仪、测试方法

用到的测试仪器有直流稳压电源，示波器和四通道示波器。

测量时，通过改变开关位置，通过示波器分别输出三种波的波形。将三种波形输出端连在四通道示波器中的三个通道上，可同时输出三种波形。

五、问题解答

1.RC正弦振荡电路中

（1）使用10μF、1 μF的电容能否振荡出所需的正弦信号？

答：不可以，10μF、1 μF的电容太大，会使输出波形的频率变低，从而不能达到输出频率为1kHz的标准。

（2）验证二极管D1、D2在电路中的作用？

答：含有二极管和不含有二极管时的输出波形如下图：

图14 含有二极管时的输出