压控函数发生器

压控函数发生器的设计

目录

一、课程设计内容及方框图 (1)

1、课程设计内容 (1)

2、方框图 (1)

二、方案选择 (2)

三、框内电路设计 (2)

（一）各框内电路独立设计 (2)

1、V ix的产生 (2)

2、跟随器： (3)

3、极性变换： (3)

4、积分器 (4)

5、比较反馈： (6)

6、非线性转换器：（即三角波-正弦波） (8)

（二）方波-三角波 (10)

（三）小结 (12)

四、总图调试 (12)

（一）仿真过程 (12)

1、方波-三角波 (12)

2、三角波-正弦波 (13)

（二）实验过程 (13)

1、方波-三角波 (13)

2、三角波-正弦波 (16)

五、参考文献 (16)

六、心得体会 (17)

附件 (18)

压控函数发生器设计实验报告

一、课程设计内容及方框图

1、课程设计内容

设计一个压控函数发生器，可以产生方波、正弦波和三角波。

要求：（1）输入为02V

-的直流电压，对应输出010KHz

-的函数。

（2）输出的三角波电压为4V

±；正弦波为2V

±；方波为010V

-。

2、方框图

V

从积分器端输出的三角波：从比较反馈端输出的方波：

从非线性转换器输出的正弦波：

二、方案选择

函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形，其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路，本课程设计主要研究由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波--三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，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；也可以先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或者方波变成正弦波，本课程设计中，采用先产生方波—三角波，再将三角波变成正弦波的电路设计方法。由积分器和反馈比较器分别得到三角波、方波，再将三角波输入差分放大器，利用差分放大器传输曲线的非线性特征得到正弦波。

三、框内电路设计

（一）各框内电路独立设计

1、ix V 的产生

对ix V 的要求为02V -的直流电压，故采用电阻电位分压方式产生，具体发生电路如图31-。

因为电源电压为12V ，故R15R2=，在此选取R1=5k Ω，21R K =Ω。

图31

-

2、跟随器：

在同相比例运算电路中，将输入电压的全部反馈到反相输入端，从而使输入电压等于输出电压，即形成电压跟随器，理想运放的开环增益为无穷大，因而电压跟随器有较好的跟随特性。（图32

-）

-

图32

3、极性变换：

=-，且为保证电路对称，R3//R4=R6。

当开关闭合时，Ui R3

U0R4

当开关打开时，Ui=U0。

则为了满足电路的极性变换要求，R3=R4，且R3//R4=R6=R5。

根据以上要求：本课程设计中选取R3=R4=10KΩ，R5=R6=5KΩ。

见图33

-。

图33-

4、积分器：

如图342--所示的积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过

R8接地，p N U U 0==，为“虚地”

。 电路中，电容C1中电流等于电阻R7中电流，in c R U i i R7==，输出电压

与电容上电压的关系为oc c U U =-，而电容上电压等于其电流的积分，故： 21 oc in oc 1 711U U dt U ()t t t R C =-+⎰

（式3-4-1） 当in 12U t t 在为常量，oc in 21oc 1711 U U ()U ()t t t R C =-⋅-+

（式3-4-2） 当输入信号为方波时，输出信号为三角波。

图341--

根据以上分析，同时满足设计要求（输出三角波峰峰值为8V ，频率为

010KHz -），则令f 10KHz =，此时对应T 02

-时刻in U 2V =。 由（式3-4-2）

得： oc 71

1T T U *2*4422R C =-+=-（） ⇒71R C 51.25*10-= （式3-4-3） 因为设定C 0.01uf =，故得7R 1.25K =Ω。

图342--

为使输出波形对称8R =7R 1.25K =Ω。

在低频时，8R 对波形的影响很大。 5、比较反馈：

如图35-所示施密特电路将输入的三角波转换成方波输出，同时利用三极管的开关特性控制机型变化中的开关。具体原理如下：

根据施密特电路的工作原理得：运算放大器的输出电压在正、负饱和之 间转换，即：sat V0V =±。输出电压由910R R 、反馈到正相输入端V =V0β+，其中反馈因数10

910

R R +R β=。

同时可以得到反馈的上下临界电压分别为： 10

TH sat 910

R T V0=V R +R β= 10

LH sat 910

R T V0=-V R +R β=

（见图

3-5-1）

图3-5-1

根据本课程设计的要求，输入的三角波峰峰值为8V ，输出的方波为010V -。 则根据上述原理可得：

在理想状态下，即忽略管压降的情况下：

910R 2R =，但在考虑管压降以及本课程设计的具体要求，实际试验中

910R 2R <。 然后V0再经过二极管，由于二极管单向导通的特性，便可得到要求中010V -的方波。

图35-