函数信号发生器[1]

函数信号发生器[1]

目录

摘要 (3)

1方案的选择 (4)

1.1问题的提出 (4)

1.2基本原理 (4)

1.3提出解决问题的方案及选 (5)

1.4可行性分析 (10)

1.5参数的确定 (10)

2.仿真结果及分析 (12)

3.心得体会 (13)

4.元器件清单 (14)

5.参考文献 (14)

摘要

函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。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。

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将方波变成正弦波。

现在我要设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案利用Pspice进行仿真

1方案的选择

1.1问题的提出

设计一个函数发生器使得能够产生方波、三角波、正弦波。

1、主要技术指标

频率范围10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz

频率控制方式通过改变RC时间常数手控信号频率

通过改变控制电压Uc实现压控频率VCF

输出电压正弦波Up p≈3 V 幅度连续可调;

三角波Upp≈5 V 幅度连续可调;

方波Upp≈14 V 幅度连续可调.

波形特性方波上升时间小于2s；

三角波非线性失真小于1%；

正弦波谐波失真小于3%。

2、设计要求

（1）根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。（2）列出所有元、器件清单。

（3）利用Pspice进行仿真。

（4）观察并分析结果。

1.2基本原理:

1、函数发生器的组成

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。

1.3提出解决问题的方案及选取

由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数发生器电路组成如图1所示，方波由比较器产生,三角波是方波输入积分器而输出的,这就解决了方波与三角波的产生方案.因此方案的关键在于三角波到正弦波的变换。

图1

首先介绍方波—三角波发生电路:如图所示为产生电路原理图：

电路工作原理如下：

若a 点断开，运放与R 1,R2及R3，RP1 组成电压器，R1称为平衡电阻,C1称为加速电容，可加速比较器的翻转；运放的反相端接基准电压，即V-=0, 同相端接输入电压via ；比较器的输出vo1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压—V EE (︱+V CC ︱=︱-V EE ︱),当比较器V+=V-=0时，比较器翻转，输出vo1从高电平 +Vcc 跳到低电平-V EE ,或者从低电平-V EE 跳到高电平+Vcc 。设vo1=+Vcc,则 01

321

3)(1322=+++++++=

+Via RP R R RP R Vcc RP R R R V (1-1)

式中，RP1指电位器的调整值（以下同）。将上式整理，得比较器翻转的下门限点位 Via-=Vcc RP R R Vcc RP R R 1

32

)(132+-=++- (1-2)

若Vo1=-V EE ，则比较器的翻转的上门限点位 Via+=Vcc RP R R Vcc RP R R 132

)(132+=-+- (1-3)

比较期的门限宽度

V H =Via+-Via-=2

Vcc RP R R 1

32

+ (1-4)

A 点断开后，运放A2与R4,RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号万恶为方波vo1，则积分器的输出 Vo2=

⎰

+-dt vo C RP R 12)24(1

(1-5)

当vo1=+Vcc 时, Vo2=

t C RP R Vcc

t C RP R Vcc 2

)24(2)24()(+-=++- (1-6)

当vo1=-VEE 时, Vo2=

EE ()(42)2(42)2

V Vcc

t t R RP C R RP C --=++ (1-7)

可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率和下降速率相等的三角波，其波形关系如图所示

A 点闭合，即比较器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度

Vo2m=

Vcc RP R R 1

32

+ (1-8)

方波-三角波的频率

f=

2

)24(241

3C RP R R RP R ++ (1-9)

由式(1-8)及式(1-9)可以得出以下结论 .

1.电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，一般不会影响输出波形幅度。若要求输出 频率范围较宽，可用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。

2.方波的幅度约等于电源电压+Vcc 。三角波的输出幅度不超过电源电压+ Vcc 。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。 下面就来根据方波—正弦波变换形式的不同来确定不同的方案：

方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以及集成运放组成的电路实现函数发生器:

波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示。由图可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度Uim 应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。

图2

方案一的完整电路图如图3(下一页)