简易函数信号发生器的设计

简易函数信号发生器的设计

一、 电路功能

能同时输出方波、三角波和正弦波三种波形。

二、 技术指标

信号发生器能产生方波、三角波和正弦波三种周期性波形输出信号频率范围在100Hz —10KHz 可调，输出信号的峰峰值可调，方波的峰峰值约为8V ，三角波的峰峰值约为5V ，正弦波的峰峰值约为6V 。

三、 电路原理框图

（电路原理框图）

四、 元器件的介绍

1、 集成运算放器LM324

每块运放集成电路内含有四个相同的运算放大器，它们电源共用，彼此独立工作，管脚排列如图一所示。

图一（集成运算放大器LM324）

2、发光二极管LED

本次设计所用的发光二极管有绿色和红色两种圆头发光二极管，发光二极管的管脚有长短，长的为正极，短的为负极。

3、二极管

二极管具有单向导电性，如图3所示。如图中所示，二极管的一端是银色的，此端口为负极。

图二（二极管）

4、PNP和NPN

PNP和NPN分别有三个管脚，分别有基极b，集电极c和发射极e，他们的分布店铺是如图四所示。

图三（三极管）

五、电路中元件参数的计算与取值，元器件清单

1、方波、三角波电路

2、

电路图如图四所示是产生方波和三角波的电路原理图。如图所示，A U 1构成有源积分器，

A U 2构成迟滞比较器。 A U 2中，根据“虚短虚开”得

当n v =p v =0时，01v 的值为门限电压

当01V 单独作用时，p v = 01122

V R R R + （1）

当02V 单独作用时，p v =

022

11

V R R R + （2） ∴

022

11

01212V R R R V R R R +++ = 0 （3） ∴此时01v 为门限电压T V

T V ∴=01V = 022

1

V R R -

（4） 又02V = z V ± = ±4V

∴ +T V =

Z V R R 21

（5） -T V = z V R R 2

1

- （6） ∴ 当01v 达到+T V 时，三角波反转；当01v 达到-T V 时，三角波再次反转

∴ +T V 和-T V 分别代表三角波的峰-峰值

∴ 峰-峰值 m m v 01 = +T V --T V = z V R R 2

1

2,又称回差电压 又由原理图可知，方波的峰-峰值为z V 2

图四（方波三角波产生电路）

300

-4V

+4V 2

0R

又在A U 1中，n v = p v = 0

01V ∴ =

t R R V W )

(0102

+- （7）

z V ∴为正时，三角波的斜率为：

C R R V w z )(10+- ， z V 为负时，三角波的斜率为：C

R R V w z

)(10+

∴C R R V V T w Z

T

)(102+∆=

（8） 又21T T = C R R V V T T w z T )(22102+∆==∴=2

101)(4R C

R R R W + （9） ∴C

R R R R T f w )(411012

+==

（10） 又KΩ=101R , KΩ=152R , F C μ1.0=

71

010183⨯+⨯=

∴w R R f HZ 当01=w R 时，最大频率70max

101

83⨯⨯=

R f

HZ 若取HZ f K =10max ,70

max 101

83⨯⨯=R f HZ = HZ K 10 Ω=∴3750R

又在实际电路中有误差等原因，max f

应大于

10K HZ ∴Ω=3000R

又因为1W R 当达到最小时，f 最小

所以 当HZ f 100=时，Ω=-⨯⨯=

K R f

R man W 2.37101

83071 , 又因为 实际设计的电路有误差等原因，所以世界设计的电路能输出地频率范围应比设计要求

的频率范围大

所以 1W R 取ΩK 47的电位器

综上所述 Ω=3000R , KΩ=101R , KΩ=152R , Ω=3003R , F C μ1.0=,

1W R 为ΩK 47的电位器

2、非线性拟合电路

图五为非线性拟合电路。7R 的左端输入三角波03V ，输出时近似正弦波。

拟合正弦波的过程实际上是用分段直线近似正弦波曲线，电路中段直线近似正弦波曲线，电路中三只二极管1D 、2D 、3D 用于拟合正弦波正半周期，4D 、5D 、6D 用于拟合正弦波负半周期。用三只二极管可将0到T/4 一段正弦波用三段或四段折线近似。

当03V 很小时，1D 、2D 、3D 全截止，030V V ≈

逐渐增大03V ，1D 导通时2D 、3D 截止，038

78

0V R R R V ∆+=

∆,

继续增大03V ，当2D 、3D 都导通，3D 截止时，03879

//809

V R R R R R V ∆++=

∆, 继续增大03V ，当1D 、2D 、3D 都导通时，D E V V V +=10且不再随03V 的增大而增大 在0--T/4 的时间内，三角波和正弦波的表达式分别为 t T V V m 03034=

， t T

V t V V m m π

ω2sin sin 000== 又因为在0=t 时刻，三角波和正弦波有想通的斜率，则

T V T V m m 00324π= ∴2

003m m V V π= 若V V m 303=, 则V V V om

m

71.45.12

03==ππ 若正弦波的三个转折点为 121T t =, 62T t =， T t 72

17

3=

则121T t = ， 030=t ω ， V V 5.130sin 30

0==

62T t = , 060=t ω ， V V 6.260sin 30

0==

T t 72

17

3=, 085=t ω ， V V 99.285sin 300== 则 V V V A 9.06.030sin 30

=-= V V V B 0.26.060sin 30=-=

R R 图五（非线性拟合电路）