函数信号发生器设计报告2

函数信号发生器设计报告
一、 设计要求
设计制作能产生正弦波、方波、三角波等多种波形信号输出的波形发生器， 具体要求：
（1） 输出波形工作频率围为 2HZ～200KHZ，且连续可调； （2） 输出频率分五档：低频档：2HZ～20HZ；中低频档：20HZ～200HZ；
中频档：200HZ～2KHZ；中高频档：2KHZ～20KHZ；高频档：20KHZ～ 200KHZ。 （3） 输出带 LED 指示。
二、 设计的作用、目的
1. 掌握函数信号发生器工作原理。 2. 熟悉集成运放的使用。 3. 熟悉 Multisim 软件。
三、 设计的具体实现
3.1 函数发生器总方案
采用分立元件，设计出能够产生正弦波、方波、三角波信号的各个单元 电路，利用 Multisim 仿真软件模拟，调试各个参数，完成单元电路的调试 后连接起来，在正弦波产生电路中加入开关控制，选择不同档位的元件，达 到输出频率可调的目的。
总原理图：
正弦波
方波
三角波
RC 桥式正弦波 振荡电路
比较器
积分器

3.2 单元电路设计、仿真 Ⅰ、RC 桥式正弦波振荡电路
图 1：正弦波发生电路 正弦波振荡器是在只有直流供电、不加外加输入信号的条件下产生正弦波信号 的电路。 正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入 正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条 件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有 稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、 稳幅电路四个部分。根据选频电路回路的不同，正弦波振荡器可分为 RC 正弦波 振荡器、LC 正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中，RC 正弦波振荡器主要用于 产生中低频正弦波，振荡频率一般小于 1MHz，满足本次设计要求，故选用 RC 正弦波振荡器。

产生正弦振荡的条件:
确定 R、C 的值 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻 和输出电
阻 的影响，应使 R 满足下列关系式： >>R>> ，一般 约为几百千欧以上， 仅为几百欧以上。故确定 =10KΩ,针对不同档位设置不同的 C：
当 =20Hz 时，由 f= ，其中 R=
10KΩ，得到 C≈0.79μF；再将
=2Hz，C≈0.79μF 代入，得到 R=99.5 KΩ,所以将电阻 R 接成由固定电阻
=10 KΩ 和 120 KΩ 的滑动变阻器串联形式，使电路变成频率由 =2Hz
到 =20Hz 可调的正弦波发生电路；
同理可以计算出 20Hz～200Hz、200Hz～2kHz、2kHz～20kHz、20kHz～200kHz 的 R、C 值。
确定 、
RC 选频网络对于频率 f 的放大倍数为 F=1/3，而回路起振条件为 >=1。
故放大电路的电压放大倍数 A=( + )/ >=3，即 / >=2，取 / =2。 而 = + // ,其中， 为二极管的正向动态电阻。实验证明，取 ≈ 时， 既能够减少二极管特性的非线性而引起的波形失真，又能起一定的稳幅作用， 取 =5.1KΩ， =24 KΩ， =45.5 KΩ。
Multisim 仿真电路与结果：

Ⅱ.方波发生电路
从一般原理来分析,可以在滞回比较器电路的基础上,靠正反馈和 RC 充放电 回路组成矩形波发生电路,由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态，高电平 或低电平，两种不同的输出电平式 RC 电路进行充电和放电，于是电容上的电压 降升高或降低，而电容的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态 发生跳变，从而使 RC 电路由充电过程变成放电过程或相反，如此循环往复，周 而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方 波信号。 Multisim 仿真电路与结果：

Ⅲ.三角波发生电路
在产生方波之后，输入到一个积分电路便可得到三角波。
图中滞回比较器的输出电压 =± ，他的输入电压时积分电路的输出电压 ，
根据叠加原理，集成运放
同相输入端电位
令
，则阈值电压

因此，滞回比较器的电压传输特性如图所 示。 积分电路的输入电压时滞回比较器的输出
电压 ,而且 不是+ ,就是- ,所以 输出电压的表达式为
式中
为初态时的输出电压。设初态
时 正好从- 跃变为+ ，则上式应写成
积分电路反向积分， 随时间的增长线性下降，根据图 2 的电压传输特性一旦 ，再稍减小， 将从+ 跃变为- 。使得上式变为
为 产生跃变时的输出电压。积分电路正向
积分， 随时间的增长线性增大，根据图 2 的电压
输出特性，一旦
，再稍增大， 将从-
跃变为+ ，回到初态，积分电路又开始反向积分。 电路重复上述过程，因此产生自激震振荡。
由以上分析可知， 是三角波，幅值为± ；
是方波，幅值为± ，如图所示，因此也可称图所示电路为三角波—方波发 生电路。由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化围

里，三角波电压几乎不变。 Multisim 仿真电路与结果：

3.3 总电路图 四、 心得体会及建议

本课设根据设计中要实现的功能，经过认真地分析、实践，确立方案， 书写文档，设计出电路，在设计过程中翻阅了大量资料，通过对所得的各 种资料的分析，提炼出自己需要的信息，从而提高自己的分析能力；通过 对主要技术指标的分析，认真体会了设计时的各项技术政策；通过对设计 时出现的各种问题的分析与解决，锻炼了独立分析，进行工程设计的能力； 通过对电路设计中的某些问题的较为深入的探索，培养了自己的科研工作 能力；通过课设报告的书写，进一步锻炼了文字表达能力和对工作的认真 态度。在设计中遇到了一些实际困难，通过自己与同组同学多次查找参考 资料，以及指导老师的点拨，终于豁然开，感受到了完成作品时那种学以 致用的成就感，并且加深了对老师课上容的理解。
五、 附录
六、 参考文献