多波形函数信号发生器

电子课程设计

设计题目：多波型信号发生器

系部：信息工程学院

专业：电子信息工程

班级：1301班

学号：8

姓名：高旭

指导老师：亮

目录

一设计要求·································

(3)

二总体概要设计 (3)

三各单元模块设计与分析 (4)

3.1 正弦波发生

器 (4)

3.1.1 RC桥式振荡

器 (4)

3.2 方波转化电

路 (6)

3.2.1 555定时

片 (6)

3.2.2 由555芯片构成的施密特触发

器 (7)

3.2.3 方波幅度调节电

路 (8)

3.3 三角波转化电路 (8)

3.3.1 RC无源积分器 (8)

3.3.2 自举电路反相放大器 (9)

四总电路图 (10)

五元器件清单 (10)

六总结与体会 (11)

七参考文献和辅助软件 (11)

一设计要求：

具体要求：

用中小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器，具体要求如下：

（1）输出波形工作频率围为0.02H Z~20KH Z，且连续可调；

（2）正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%；

（3）方波幅值±10V；

（4）三角波峰-峰值20V，各种输出波形幅值均连续可调。

二总体概要设计：

总体设计思路：函数发生器一般是指能自动产生正弦波，三角波，方波

及锯齿波，阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多

种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器

S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器，555芯片共同构成正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。产生正弦波，方波，三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正

弦波变化为方波，再由积分电路将方波转化为三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题就是采用第

一种方法：先产生正弦波再转化为方波最后变为三角波的电路设计方法。

本课题的正弦波发生电路用的是RC桥式振荡器，调节其中的R,C的值可实现率频的调节。由正弦波转化为方波的电路是用555芯片构成的施密特触发器，在触发器的输出端接有两极运放，第一极构成的是同相跟随器，主要作用

是提高输入阻抗，减少前极对后极的影响；第二极构成的是反相比例放大器，

用于放大方波的幅度并调节方波的幅度。由方波转化为三角波则用到的是RC无源滤波器，在输出端接有自举电路放相放大器，主要作用是提高输出阻抗以减

小前极对后级的影响，然后三角波经过反相放大器放大并实现幅度可调。最终

实现多波形信号发生器电路的设计。

三各单元模块的设计与分析

3.1 正弦波发生器

3.3.1 RC 桥式振荡器

RC 桥式振荡器电路原理图：

RC 桥式正弦振荡电路如图所示。其中R1、C1和R2、C2为串、并联选频

网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。

R3、RW 及R4组成负反馈网络，调节RW 可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。

为了使振荡幅度稳定，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益，从而维持输出电压幅度的稳定。图中的两个二极管D1，D2便是稳幅元件。当输出电压的幅度较小时，电阻R4两端的电压低，二极管D1、D2截止，负反馈系数由R3、RW 及R4决定；当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管D1、D2在正负半周轮流工作，其动态电阻与R4并联，使负反馈系数加大，电压增益下降。输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，输出电压的幅度保持基本稳定。

为维持振荡输出，必须让：1+

Rf R3=3 为保证电路起振：1+Rf R3>=3

R f =R W +(R 4//r D )

(其中r D是二极管的导通动态电阻)

当R

1=R

2

=R, C

1

=C

2

=C时：

电路的振荡率频为： f =

1 2ᴨRC

起振的振幅条件为：Rf

R3

>=2

调整电阻RW （即改变了反馈R f ），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大R f ，如波形失真严重，则应适当减少R f。

改变选频网络的参数C 或R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C 作频率量程切换（粗调），而调节R作量程的频率细调。

本课题正是用的RC桥式振荡器用于产生正弦波的，其在Multilism10中建立的电路原理图如下图所示：

3.2 方波转化电路

3.2.1 555定时器芯片

555定时器芯片的部电路原理图：

555定时器功能主要有两个比较器决定，两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端电压为

23V CC, C2的反相输入端为13V CC, 若触发输入端TR 的电压小于13V CC ，则比较器C2的输出端为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端的TH 的电压大于

23V CC, 同时TR 端的电压大于13V CC ，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为0电平。

它的各个引脚功能如下：1，外接电源负端VSS 或接地，一般接地；2，低触发端；3，输出端V o ; 4，直接清零端。当接入低电平时时基电路不工作，此时

不论TH 处于何电平，时基电路输出为0，该端不用时接高电平；5，VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变部两个比较器的基准电压，当该端不用时应串入一个0.01uF 的电容接地，以防止引入干扰；6，TH 高触发端；7，放电端，该端与放电管集电极相连，用作定时器时电容的放电；8，外接电源V CC 。双极型的时基电路V CC 的围为4.5-16V ，CMOS 型的时基电路V CC 的取值围为3-18V ，

一般为5V 。