函数信号发生器的设计电路

北华航天工业学院

《电子技术》

课程设计报告

报告题目：信号发生器设计电路作

内容摘要

本方案主要用集成运放LM324和UA741等元器件设计组成一个简易函

数信号发生器。该函数信号发生器主要由迟滞比较器、积分器电路、二阶RC有

源低通滤波器电路等三部份组成。

迟滞比较器电路形成方波，经积分器电路输出三角波，再经二阶RC有源低

通滤波器电路形成正弦波，通过电源实现1~12V可调，经过电位器实现频率调

节。由此构成了一个简易的函数信号发生器。

本实验主要通过使用Multisim、protel软件等完成电路的软件设计。

关键字：集成运放方波三角波正弦波

目录

一、概述 (1)

二、方案设计与论证 (2)

1．方案一 (2)

2．方案二 (2)

三、单元电路设计与分析 (2)

1．迟滞比较器 3

2．积分器 (3)

3．低通滤波器 (3)

四、总原理图及元器件清单 (4)

五、结论 (6)

六、心得体会 (6)

七、参考文献 (6)

一、概述

通过集成运放构成迟滞比较器、积分器和低通滤波电路，依次分别输出方波、

三角波、正弦波。通过调节电压源或滑动变阻器，可改变波形的幅值和频率。

二、方案设计与论证

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)。

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换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；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。

1．方案一

采用分立器件实现电路组成，主要的部件有双运放uA741运算放大器、电压比较器、积分运算电路、二阶低通滤波电路、选择开关、电位器和一些电容、电阻组成。该方案由三级单元电路组成的，第一级单元可以产生方波，第二级可以产生三角波，第三级可以产生正弦波。

2．方案二

采用集成电路实现，主要部件有高速运算放大器LM318、单片函数发生器模块5G8038、选择开关、电位器和一些电容、电阻组成。该方案通过调节不同电位器可调节函数发生器输出振荡频率大小、占空比、正弦波信号的失真，可产生精度较高的方波、三角波、正弦波，且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。

3．方案比较与选择

方案二采用芯片虽然精度较高，温度稳定性和频率稳定性比较好，而它们只能产生300kHz以下的中低频正弦波、矩形波和三角波，且频率与占空比不能单独调节，从而给使用带来很大不便，也无法满足高频精密信号源的要求。

uA741是美国仙童公司较为早期的产品,由于其性能完善,如差模电压范围和共模电压范围宽,增益高,不需外加补偿,功耗低,负载能力强,有输出保护等,因此具有较广泛的应用。uA741这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作，可以方便的输出精度较高的方波、三角波、正弦波。

综上所述，本课题选用方案一。

三、总原理图及元器件清单

1．总原理图

多波形信号发生器方框图如下图所示：

总原理图如下所示：

本课题采用由集成运算放大器组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。并采用先产生方波—三角波，再将方波变换成正弦波的电路设计方法：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，方波到正弦波的变换电路主要由低通滤波电路来完成。

2.各组成部分的工作原理

2.1 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．通过调节电位器来调节频率范围。通过电压源来控制幅值。

方波发生电路仿真电路模型如图所示：

22kΩRp1

50%

100kΩ

Key=A

方波发生电路仿真模拟

2.2三角波发生电路

在产生方波之后，利用此波形输入到一个积分电路便可输出一个三角波。由于三角波信号是电容的充放电过程形成的指数形式，所以线性度较差，为了能得到线性度较好的三角波，可以将运放和几个电阻，电容构成积分电路。它的幅值可通过调节Rp1来调节，频率可通过调节两个电位器进行调节。

三角波发生电路原理图：

三角波发生电路仿真模拟

2.3 正弦波发生电路

正弦波电路是由二阶低通滤波构成的，是由方波经低通滤波电路滤掉高次谐波分量，剩下基波分量，即一个和方波频率相同的正弦波，滤波电路中有同相比例放大器是因为低通滤波之后波形幅值减小，需要一个放大电路来达到要求的幅值，这里可通过调节电位器来调节幅值和频率。

正弦波发生电路产生的波形频率为：

f=1/2πRC

在Multisim 10.1中可得到图所示的波形

2.４方波---三角波转换电路的工作原理

图为方波-三角波转换电路，其中运算放大器用双运放器741－DIV

U1741

3

2

476

5

1R210kΩ

R110kΩ

R322kΩ

Rp1

100kΩKey=A

50%R45.6kΩ

Rp2

100kΩKey=A

50%U27413

2

4

7

6

512

100nF R5

10kΩ7

11

Vcc

12V VEE -12V VEE VEE -12V Vcc 12V Vcc VEE Vcc

34

56

16