高频实验函数信号发生器设计报告

目录一．设计

1．设计指标

2．设计目的

二．总电路及原理三．各部分组成及原理1．原理框图

2．方波发生电路

3．三角波产生电路

4. 正弦波电路

四．实物图

五．原件清单

六．心得体会

一．设计

设计指标

1）可产生方波、三角波、正弦波。并测试、调试、组装。

2）方波幅值<=24V且频率可调在10hz-10khz,三角波幅值可调为8V,正弦波幅值可调为2V

3)使用741芯片完成此电路

4）电路焊接美观大方，走线布局合理

设计目的

1)．掌握电子系统的一般设计方法

2)．掌握模拟IC器件的应用

3)．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4)．掌握常用元器件的识别和测试

5)．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

二．总电路及原理

由RC构成振荡电路，反相滞回比较器产生矩形波，两者构成方波发生电路，方波经积分器产生三角波，三角波由滤波器产生正弦波，两级滤波产生更好的正弦波。

三．各部分组成及原理原理框图

1.方波发生电路

方波发生电路三角波正弦波

电路简介

方波发生电路主要由两部分构成

1.反相输入滞回比较器

2.RC振荡电路

若开始滞回比较器输出电压为U1，此时运放同相输入端电压为UP=U1*R3/(R3+R4)同时U1通过R2对电容充电，当电容电压达到同相端的电压时输出电压变为-U1，同时同相端电压变为-UP，由于电容电压大于输出端电压所以电容通过R1放电，当电容电压等于-UP时输出电压又变为U1，同相端电压变为UP，此时输出电压通过R1对电容进行充电，整个过程不断重复形成自激振荡，由于电容充电时间与放电时间相同，故占空比为50%，形成方波。

利用一阶电路的三要素法列方程求得振荡周期为

T=2R1C5in(1+2R3/R4)

运放采用双电源+12V、-12V,输出正弦波幅值为14V左右

注意事项

电路中的稳压管可以起到调节电压幅值并稳定电压的作用，经运放输出端接的R2可以起到稳定波形的作用，但不宜过大，此电路中应不超过500Ω。另外由于运放为741芯片，故波的频率不会很高，此电路应为一个低频电路。

调节R4/R3的比值,C5,R1的阻值均可以调节电路的频率，但要调节幅值的同时不改变波的频率就只能通过稳压管调节，此为电路的缺陷之一

当电路的频率过低或过高时，都会造成输出方波的顶部失真，

为了后续的三角波质量尽量的好，用示波器观察波形时应将失真减小的最少。所以电路中的电位器应先从大值取起，当确定大致的取值范围后，再选用阻值更精确即更小的电位器步步逼近，确定最佳值。

2.三角波产生电路

电路简介

方波产生电路由一个简单的积分电路组成，积分电路对低频啊信号增益大，对高频信号增益小，当信号频率趋于无穷大时增益为零，故实现了滤波功能，为了三角波更加的纯洁，即频率成分更加单一，加上了一个电阻R7为附加低频滤波电路。电路如图所示。

产生的方波经过R5和C1构成的积分电路积分，积分电路公式

U=U1（t1-t2）+U(t1)

其中U1为方波值，U（t1）为电路输出端初值。

注意事项

由积分电路公式可知调节R5*C1的值可改变三角波的值，输出的三角波的频率与方波的频率是相同的。

由于三角波的频率随方波的频率，故此电路可通过调节方波的频率来调节三角波的频率，但这也正是此电路的缺点所在，由于方波再调节频率时会改变周期，故将三角波积分电路的一次积分时间（t1-t2）也改变了，由公式可知三角波的幅值也会改变，所以此电路的幅值与频率不能单独调节

调节电路时需注意电容的取值是能否正常积分的关键，若太小时由公式有幅值将会变大，但此时电路根本无法正常积分，若太大则幅值过小，不能符合三角波幅值达到8V的要求。

经过仿真测试R1=8.7k、R2=0.84k、R3=1k、R4=9.3k、R5=6k、R6=10k、R7=26.5k、C1=1u、C5=2u时三角波效果较理想。

在实际电路中，有可能出现三角波有弧度类似与正弦波的情况。出现这种情况有两方面的原因○1方波失真较严重，且有可能方波类似于梯形○2三角波电路的滤波功能太差，应首先调节电容值。

3.正弦波电路

电路简介

可以看到正弦波电路由两级滤波电路组成。

按傅里叶级数可将三角波U展开成

U=8/（π）2Um(sinwt-1/9sin3wt+1/25sin5wt-…….)

上式表明三角波的基波频率就是其原频率，所含谐波的最低频率是三次波，因此可以利用低通滤波器或带通滤波器将三角波转换为正弦波，称之为滤波法。上图就是一个二阶低通滤波器。

注意事项

由于参数的设置和前面三角波频率的改变，一次滤波很难得到波形较好的正弦波，因此采用两次滤波，较易得到较好的正弦波。

为了正弦波频率变化的连续性即不失真调节，应将三角波的频率范围得到，将三角波的最小频率极为f1,则每一级的滤波电路的最高频率都不应超过3f1,但在实测中三角波的频率随正弦波的频率最小

只有10HZ左右，3f1=30HZ左右，造成正弦波电路的频率范围太小。故可取三角波的中间频率500-700HZ作为三角波基波频率。四．实物图与仿真图

五．原件清单

100Ω1个

500Ω1个

1k 5个

2k 4个

5k 1个

25k 1个

可变电容10uF 1个

1.0uF 3个

稳压管5V 2个

7414个