简易函数波形发生器

系统框图

1、系统设计

1.1总体设计

系统采用±12V双电源供电，由LM324集成运放芯片构成滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器。它由滞回比较器产生方波信号，方波信号经过积分器后产生三角波信号。三角波信号一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的V REF（反馈电压）；另一路经二阶有源低通滤波器滤波以后产生正弦波信号。使用时可以在电路系统的不同输出点得到不同的波形信号。正弦波信号通过LM358集成芯片构成全波整流电路。

2.2 单元电路设计

2.2.1方波——三角波发生电路

方波-三角波发生电路由滞回比较器和积分运算电路组成。通过滞回比较器产生方波，方波通过积分电路产生三角波。积分运算电路既作为延迟环节又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入。

方波的输出电压幅度由稳压管ZD1、ZD2共同决定。稳压幅度Uz为

+Uz=3.9+0.7=4.6（V)

其中，0.7V为二极管D1正向导通的管压降。

-Uz=-（3.9+0.7）=-4.6 (V)

其中，0.7V为二极管D2正向导通管压降。

所以

U o1=±U Z＝±4.6（V)

V pp(方波）=9.2V

电路的第二级是一个积分器，用于输出三角波。当电路的第一级输出的方波信号U01送入该级电路后，由该级电路对信号进行积分变换以后，产生三角波信号U02。U02分成两路，一路输入第三级电路，另一路反馈回滞回比较器，作为滞回

比较器的V REF。R1为10KΩ,R2为10 kΩ，R4=10kΩ,C1=0.1uF。

第二级电路的输出电压幅度为：

错误！未找到引用源。

=(10K/10K)*4.6V=4.6（V）

V pp(三角波）=9.2(V)

第一级电路和第二级电路的振荡周期相同，可以由以下的公式求得：

＝4×(10x103)×(10x103)×0.1×10－6/(10×103)

T=4 (ms)

则振荡频率为：

f＝1/ T＝1/(0.172×10-3)=250(Hz)

2.2.2正弦波发生电路

C2

第三级电路是二阶有源低通滤波器，用于对第二级电路送来的信号U02进行滤波。U02经过第三级电路的滤波之后，变换成正弦波信号后由U03输出。U03输出信号的周期与U02输出信号的周期相同。根据集成运算放大器的工作原理，集成运算放大器的两输入端“虚短”，即两输入端的电压相等。所以在第三级电

路中，运放的第9引脚和第10引脚的电位相等。因为R8=R9=10kΩ，所以

M点的电流方程为

P 点的电流方程为错误！未找到引用源。

联立上面两式，得

把,f=268.8Hz代入上式，得

又因为

所以

所以

所以V pp(正弦波）=13.1（V）

而第三级电路的上限截止频率为：

上述公式中，

R=错误！未找到引用源。=6.8(KΩ)

f H＝1/(2×3.14159×6.8X103×0.1×10－6)＝234.05(H Z)

这说明，第三级电路将阻止频率高于234.05H Z的信号通过。

没修改之前错误！未找到引用源。=3.9(KΩ)，上限截止频率=1/(2×3.14159×3.9X103×0.1×10－6)=408.1Hz，而错误！未找到引用源。（三角波）的输入频率为268.8Hz，在268.8~408.1区间通过傅里叶展开可知这区间的频率（谐波的频率）会影响正弦波的波形，使它有点尖，要使谐

波减少到最小，要使上限截止频率与三角波输入频率接近，由得

R=6.8K Ω，所以我们取错误！未找到引用源。=6.8(K Ω)，观察测试的波形，正弦

波波形理想。

2.2.3全波整流电路

当正弦波的输入电压大于0V 时，二极管D1导通，D2截止，左边电路实现反相比例运算,错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。。当正弦波的输入电压小于0V 时，二极管D2导通，D1截止，错误！未找到引用源。中电流为零，因此输出电压错误！未找到引用源。=0。根据错误！未找到引用源。可知，当正弦波的输入电压大于0V 时，输出电压，当正弦波的输入

电压小于0V 时，

，所以

，从而实现全波整流。

我们把二极管D2旁边的电阻错误！未找到引用源。（2 K Ω）的电阻去掉，使电压跟随效果更好，所以全波整流后的波形和没去掉电阻错误！未找到引用源。的波形相比，有明显的改善，波形更为理想。

2、系统测试2.1数据及波形的测量

2.1.1方波的测量

2.1.2三角波的测量

2.1.3正弦波的测量

错误！未找到引用源。

=3.9(KΩ)，上限截止频率等

于408.1Hz时的波形

错误！未找到引用源。=6.8(KΩ)，

2.1.4 全波整流的测量

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去掉二极管D2旁边的电阻错误！未找到引用源。（2 KΩ）的电阻时的波形

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