正弦波、方波、三角波函数信号发生器

目录

一、概述 (2)

二、设计的目的及任务 (3)

2.1 设计的目的 (3)

2.2设计的任务与要求 (3)

三、电路的原理、设计方案 (3)

3.1电路设计原理框图 (3)

3.1.1方波发生电路的工作原理 (4)

3.1.2方波---三角波转换电路的工作原理 (4)

3.1.3三角波---正弦波转换电路的工作原理 (7)

3.2电路的设计方案 (9)

四、完整设计电路（方框图） (9)

五、元件清单 (10)

六、总结 (11)

七、参考文献 (12)

一概述

摘要：本文介绍的是函数信号放生器。函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。

关键词：三角波、矩形波（含方波）、正弦波

前言：在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它生产出频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。

该函数发生器要求能输出频率范围可调的方波和三角波，能够很好的实现本次试验的目的，将一些线性和非线性的元件与集成运放组合，输出性能良好的波形。

由方波或三角波的发生器产生相应的信号，通过相互转换实现多种波形的输出。正弦波可以由滞回比较电路和RC定时电路构成的电路产生，再积分可得到三角波。通过调节RC振荡电路中的振荡电阻来实现频率可调。通过调节比例运算电路的反馈电阻来实现幅度可调，最终做成要求的函数发生器。

二设计的要求及任务

2.1 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

2.2设计任务

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器 课程设计的要求及技术指标：

1．设计、组装、调试函数发生器 2．输出波形：正弦波、方波、三角波； 3．频率范围 ：在10－10000Hz 范围内可调 ；

4．输出电压：方波U Ｐ－Ｐ≤24V ，三角波U Ｐ－Ｐ＝8V ，正弦波U Ｐ－Ｐ>1V

三 电路的原理、设计方案 3.1 电路设计原理框图

3.1.1方波发生电路的工作原理

此电路由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成。RC 回路既作为延迟

环节，又作为反馈网络，通过RC 充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT 。Uo 通过R3对电容C 正向充

电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t 趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

3.1.2方波---三角波转换电路的工作原理

方波—三角波产生电路

工作原理如下：

若a 点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia ，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc ，低电平等于负电源电压-Vee （|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee 跳到高

电平Vcc 。设Uo1=+Vcc,则 31

2231231

()0CC ia R RP R U V U R R RP R R RP ++=++=++++

将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 22

3131

()CC CC ia R R U V V R RP R RP ---=

+=++

若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

22

3131

()EE CC ia R R U V V R RP R RP +-=

-=++

比较器的门限宽度2

31

2

H CC ia ia R U U U I R RP +-=-=+

由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图3-71所示。

a 点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为214221

()O O U U dt R RP C -=

+⎰

1O CC U V =+时， 2422422()()()CC CC

O V V U t t R RP C R RP C -+-=

=++

1O EE U V =-时， 2422422

()

()()CC EE O V V U t t R RP C R RP C --=

=++

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。

a 点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。

三角波的幅度为2

231

O m CC R U V R RP =

+

方波-三角波的频率f 为 31

2422

4()R RP f R R RP C +=

+

由以上两式可以得到以下结论：

1. 电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。

2. 方波的输出幅度应等于电源电压+ Vcc 。三角波的输出幅度应不超过电源电压+ Vcc 。

电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。