《模拟电子技术》综合性实验指导书

《模拟电子技术》综合性实验指导书

实验名称：函数发生器的设计与实现

实验类型：综合性实验

实验类别：基础专业基础√ 专业

实验学时：1周

所涉及的课程及知识点：模拟电子技术：RC正弦波振荡器；电压比较器；积

分电路；差分电路

一、实验任务

设计一台函数信号发生器。

输出波形为：方波、三角波、正弦波；

频率范围：1HZ~10HZ，10HZ~100两个波段；

输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P =8V，正弦波VP-P 〉1V。

二、实验目的

1、掌握方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法与测试技术；

2、学习安装与调试由分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。

三、实验仪器设备和材料清单

低频信号发生器 1台晶体管毫伏表 1台数字万用表 1台双踪示波器 1台实验面包板 1块

直流稳压电源（双路输出）1台元器件及工具 1盒

四、实验原理

函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等波形。其电路中采用的元件可以是分立元件（如低频函数信号发生器S101），也可以是集成电路（如单片集成电路函数发生器ICL8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本实验要求设计由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波-三角波-正弦波函数发生器。

产生正弦波、三角波、方波的方案有多种，如先产生正弦波，然后通过整形电路产生方波，再由积分电路将方波变换成三角波；也可以先产生方波-三角波，

再将三角波变换成正弦波。本实验建议采用后一种方案，其电路组成框图如图1所示

图1 函数发生器组成框图

1、方波 - 三角波产生电路

图-三生

2 方波角波产电路图

2所示电路能自动产生方波-三角波。电路工作原理如下：若a点断开，运放A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，R1 称为平衡电阻，C1称为加速电容，加速比较器的翻转；运放得反相端接基准电压，即U-=0，同相端接输入电压via；比较器的输出vo1的高电平等于正电源电压+VCC，低电平等于负电源电压-VEE，当比较器的V+=V-=0时，比较器翻转，输出vo1从高电平+VCC跳到低电平-VEE，或从低电平-VEE跳到高电平+VCC。设vo1=+VCC，则

V

+

=

R2

R2+R3+RP1

(+VCC)+

R3

R2+R3+RP1

Via=0

（1）

式中，RP1指的是电位器的调整值（以下同）。

将上式整理，得到比较器翻转的下门限电位 Via-=

-R2R3+RP1-R2R3+RP1

(+VCC)=

R2R3+RP1

R2R3+RP1

VCC

（2）

若Vo1=-VEE，则比较器翻转的上门限电位 Via+=

(-VEE)=

VCCR2R3+RP1

（3）

VCC

比较器的门限宽度 VH=Via+-Via-=2 （4）

a点断开后，运放A2与R4、RP2、R5及C2组成反相积分器，其输入信号为

vo1，则积分器的输出

Vo2=-1

(R4+RP2)C2

-(+VCC)⎰vo1dt （5）当vo1=+VCC时， Vo2=(R4+RP2)C2

-(-VEE)t=-VCC(R4+RP2)C2VCC

(R4+RP2)C2t （6）当vo1=-VEE时， Vo2=(R4+RP2)C2t=t （7）

可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图3所示。

图3 方波-三角波输出波形

a点闭合，

尾相连，形

生方波-三角波。三角波的幅度 Vo2m=

方波-三角波的频率

f=R3+RP1

4R2(R4+RP2)C2R2R3+RP1VCC即比较器与积分器首成闭合电路，则自动产（8）（9）

2、三角波-正弦波变换电路

以下选用差分放大器作为三角波-正弦波的变换电路。其变换原理是：利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。分析表明，差分放大器的传输特性曲线iC1（或iC2）的表达式为iC1=αiE1=αIo

-vid （10） 1+eVT

式中，α=ICIE≈1；Io为差分放大器的恒定电流；VT为温度的电压当量，当室

温为250C时，VT≈26mV。

如果 vid为三角波，设表达式

⎧⎪⎪vid=⎨

⎪-⎪⎩

4VmT4VmT

(t-

T434

)(0≤t≤T2

T2

)

（11）

(t-T)(

式中，Vm为三角波的幅度；T为三角波的周期。将（11）式代入（10）式，得αIo⎧

-4VmT⎪(t-)

4⎪1+eVTT

⎪

iC1(t)=⎨

⎪αIo⎪-4Vm3T

(t-)

4⎪⎩1+eVTT

(0≤t≤

T2)

（12）

(T2

用计算机对(12)进行计算，得到iC1和iC2的曲线近似于正弦波，则差分放大器的输出电压亦近似于正弦波。其波形变换如图4所示。

图4 三角波-正弦波变换

图5所示为三角波-正弦波的变换电路。其中，RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。

图5 三角波-正弦波变换电路

五、实验步骤

1、实验准备:根据设计要求，确定实验电路及元器件的型号及参数；

2、安装与调试：按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。

（1）方波-三角波发生器的装调；