函数信号发生器的设计

好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高 数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数 的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数 字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案 比较适合低频信号，而较难产生高频信号（如> 1MHz）。
模数结合的实现方案，一般是用模拟电路产 生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率 和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号 的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的 幅度等，是一种常见的电路方式。
模拟电路的实现方案，是指全部采用模拟电 路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由 于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产 生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。
➢ 模拟电路实现信号产生电路的多种方式
方案一
RC文氏电桥振荡器产生正弦波，方波-三角波产生电路可正弦波振荡器采用波形 变换电路, 通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输出。此电路的输出 频率就是就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率.
正弦波/方波/三角波变换电路
采用RC振荡器产生正弦波,
频率:fo =1/[2πC(R1RP1)0.5]
通过比较器变换同频率方波， 再通过积分器变换同A 频率三角波。
B
C
R4
R5
12v
2k
470
7
50%
RV3 3
2
10k
4
1
5
U2
6 UA741
uo2
RV4
15k
100%
D3
1N5235B
迟滞比较 器 R1
SW1 C2
10u
SW-SPDT C1
1uf
Rp
-12v
10k
D1
1N5235B
7
4
1
U2
2 6
3
UA741
5
D2
12v
1N5235B
积分电路
A
uo2
B
C
D
10k
单元电路
用差分放大器做三角波/正弦波变换电路
三角波/正弦波变换原理： 用差分对管的饱和与截止特性进行变换：差分放大器电流恒 定并要求：传输特性对称线性区尽可能窄；三角波的幅值Vm 应使输出接近晶体管的截止电压；
一、设计任务书 1、设计内容：设计一个低频函数信号发生器 2、性能与技术指标 1）同时输出三种波形：方波、三角波、正弦波 2）频率范围：10Hz ～10KHz连续可调. 3）方波幅值±10V。
4）正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%。 5）三角波幅值20V；各种输出波形幅值均 连续可调。
低频函数信号发生器的设计
RC振荡函数信号发生器
振荡器 正弦波
SW1
SW-SPDT
R1' R1
10k 1k
R3 D1
10k 1N4001
uo1
D2
1N4001
80%
R C1 调 0.1u 频 率 RV1
C2
10k 0.1u
15%
RVB
10k
R2
3k
7
4
1
5
-12v
U1
2 6
3 UA741
12v
RP2调反馈 起振限幅
频率:150-1500hz
正弦波uo1
方波uo2
RC
正弦波振荡器
过迟压滞 比较器
积分器
三角波
uo3
单元电路
RC文氏电桥正弦波振荡电路
D1 D2
R1 R3
文氏电桥振荡器：fo=1/2πRC；
1k
10k
1N4007 1N4007
u1OP
正反馈电路：RC串并选频网络决
-12v
定RC振荡器的振荡频率fo。
C1
RVB
U1
5
1
4
32%
V=-0.00572449
R7 R8
15k
15k
R8(2) V=6.97652
ห้องสมุดไป่ตู้Q1
2N2926
Q2
2N2926
C1
Re
R4
R5
100u 6.8k
Rp2 100
30k
V=-0.638869 RV3(2)
100
Q3
Rp1 10k
-12v
2N2926
R9
3k
C3
0.1u
C2
100u
A B C D
uo3 V=-1.3461
R11
6.8k
RV3(1) V=-0.638995
Q4
2N2926
RP3
Re4
10k
3k
用运放构成以RC振荡器为基础的函数信号发生器: 信号频率: fo =1/[2πC(R1*RP2)0.5]， 三角波电压：uo=uiwT/(4RC)
设计实验电路参数注意：采用RC振荡正弦波/方波/三角波输出方案， 首先必须计算的文氏电桥振荡频率外， 其次还要计算作方波三角波变换积分电路的参数，使其积分电路的R3C3之积 ＞ 正弦波振荡电路的R1C1之积！否则，可能影响三角波形的正常输出！
积分器
差分 放大器
正弦波
uoz
方波/三角波产生电路：由迟滞比较器与积分器首尾相串联构成。 电路输出频率fo =R2/(4R1RpC)；三角波输出电压： Uo2=Vz*R1/R2
方波/三角波产生电路 频率fo =R2/(4R1RpC)
-12v
5
1
4
2
U1
3 UA741
6
7
12v
uo1
R3
2k
R2 20k
0.1u
负反馈电路：R1和R2决定起振条
2
件，调节波形与稳幅控制。
10k
6
3
R3并联D1.D2：正向非线性电阻
RV1 C2
7
起振时：电阻大负反馈小；
9%
R2
0.1u
3k
UA741
振荡幅值大时：电阻小负反馈大，
10k
整形限幅。
改变R 调频率
电路调整的关键是：负反馈电路中的电位器RW的 调节， RW过大：输出方波！ RW过小：电路不起 振！
二、总体方案讨论
频率调节
幅度调节
振荡部分
输出电路
输出
频率指示
幅度指示
函数信号发生器的原理框图
➢ 信号产生部分的多种实现方案
▪ 模拟电路实现方案 ▪ 数字电路实现方案 ▪ 模数结合的实现方案
数字电路的实现方案，一般可事先在存储器 里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐 点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数 信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、 以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高 低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来 实现的。这种方案在信号频率较低时，具有较
12v
调负反馈 起振限幅
调频振荡器 : fo
1
2C R1R2
方案二
用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差 分放大器，作为三角波—正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变 换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率.
方波uof
三角波uo3
迟滞 比较器
单元电路
差分放大器电路 主要由Q1Q2等
构成。其中Re用于 减小差放的线性 区，Rp2对称性调 节，C3滤波电容。
恒流源由Q3.Q4. Re3. Re4与Rp3构成，为 差分放大器提供恒定 电流。 Io=Ri= =Vee-0.7/(Rp3+Re4)
AM
FM
12V
+
-
R7(2) V=8.28483
SW2 Q1(B)