方波-三角波-正弦波函数信号发生器

苏州科技学院天平学院
模拟电子技术课程设计指导书
课设名称 学生姓名
正弦波－方波－三角波信号发生器设计 王鹏飞 1032106110
王凌飞 1032106125 徐跃 高尚 专 业 1032106112 1032106109
物联网 1021 胡伏原
指导教师
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一 设计课题名称
正弦波－方波－三角波信号发生器设计
二 课程设计目的、要求与技术指标
2.1 课程设计目的
（1） 巩固所学的相关理论知识； （2） 实践所掌握的电子制作技能； （3） 会运用 EDA 工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设 计； （4） 通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元 器件的原则； （5） 掌握模拟电路的安装 \测量与调试的基本技能 ,熟悉电子仪器的正确使用方法 , 能力分析实验中出现的正常或不正常现象 (或数据)独立解决调试中所发生的 问题； （6） 学会撰写课程设计报告； （7） 培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风； （8） 完成一个实际的电子产品，提高分析问题、解决问题的能力。 2.2 课程设计要求
（1） 根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图， 分析工作原理， 计算元件参数； （2） 列出所有元器件清单； （3） 安装调试所设计的电路，达到设计要求； （4） 记录实验结果。 2.3 技术指标
（1） 输出波形：方波－三角波－正弦波； （2） 频率范围：100HZ~200HZ 连续可调；
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（3） 输出电压：正弦波-方波的输出信号幅值为 6V.三角波输出信号幅值为 0~2V 连 续可调； （4） 正弦波失真度：   5% 。
图 3.2 函数发生器设计原理 函数发生器组成框图，主要有 RC 桥式振荡电路，过零比较器，积分器三大主 要模块电路构成。 经过 RC 桥式振荡电路产生正弦波波 ，再经过零比较器产生方波，然后由积分 器产生三角波。其总的原理设计框如图：
RC 桥 式振荡 器
过零比较器
积分器
三 角 波
正弦波
方波
图 1 总的原理框图
2.2 正弦波产生电路
利用 RC 桥式振荡电路产生正弦波，原理如下图所示；其中 RC 串并联电路构成 正反馈支路，同时兼并选频网络，R1,R4,R5 及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。
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图2
RC 桥式振荡电路原理图
调节电位器 R2，可以改变负反馈深度，以满足震荡的振幅条件和改善波形，利 用两个反向二极管 D1,D2 正向电阻的非线性来实现稳幅。D1,D2 采用硅管，且要求 特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。R2 的接入是为了削弱二极管非线性的 影响，以改善波形失真。 振荡频率：
f0 1 2R 2C1
（2.1）
其振幅值条件：
Rf 2 R1 Rf  R 4  R5  ( R3 || rvd )
（2.2）
图 3 正弦波仿真图
2.3 方波产生电路
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利用过零比较器产生方波，其原理如下图所示，其中 D1,D2 决定其输出电压的 幅值。
XSC1
G T A B C D
0 XFG1 U1 2 D2 COMPARATOR_VIRTUAL 1N5235B 1 D1 1N5235B
3
0
图4
过零比较器原理图
由图可知，该电路为处于开环状态的集成运放是一个最简单的过零比较器。犹 豫理想运放的开环增益为无穷大。因此，当输入信号小于零时，输出为高电平；当输 入信号大于零时，输出为低电平。从示波器输出波形可知，当输入为正弦波时输出为 正弦波。其中稳压管的作用是实现限幅。 方波的幅值为： Uom  Uz (2.3)
图5
方波仿真图
2.4 三角波产生电路
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利用积分器产生三角波，其原理电路如下图所示：
XSC1 0 V1 -12 V XFG1 0 3 U2A
3 4 1 2 8
A + _ + B _ Ext Trig + _
0
5
R1 6.8kΩ
1
4
TLV2772CD 2 V2 12 V C1 5uF
0
图6
积分器原理图
图中，同相输入端接地，由于输入端不取电流，同相端电位为零，反相端虚地， 流过电容的电流与流过电阻的电流相等经计算可知当输入方波时输出为三角波。 vi ic  iR  三角波的幅值： （2.4） R 1 1 vo    icdt   vidt （2.5） C RC  Vi Uom    Vc （2.6） R1C1
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图7
三角波仿真图
2.5 函数信号发生器总电路图
XSC1
G
0 R5 10kΩ
C2 150nF 50% Key=A 7 R6 10kΩ
0 V1 -12 V C1 150nF Key=A
8
A B C
T D
8 0 R9 7kΩ 10
3
13
50%
0 U3A U2A
4 3 4
5 R1 0 10kΩ R2
U1A
1
3
R8 8kΩ
9
1 8
R7 6.8kΩ
2 8
21
1
6
2
TLV2772CD 15 C3 6uF 50% Key=A
2 4
D1 TLC25L2ACD R3 15kΩ 3 1N4007 D2 1N4007 R4 2.7kΩ
D3 1N5235B
15kΩ 1Key=A 33% 2
4
TLV2772CD D4 1N5235B
12 V2 12 V 0
图8
方波—三角波—正弦波函数信号发生器
可以通过调节可变电容来达到调节频率的目的。后面产生的方波，三角波的频率 与正弦波的频率保持一致，所以只要调解正弦波的频率就能达到调节整个电路的目 的。 当可变电容为 150nf 时，它的 13%对应 800HZ；15%对应 700HZ；18%对应 600HZ； 21%对应 500HZ； 25%对应 400HZ； 34%对应 300HZ； 51%对应 200HZ； 99%对应 100HZ。 同时，积分器的电阻值和电容值可以通过正弦波的周期与峰峰值来进行定值。
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