毕业设计93多功能函数发生器

湖南工程学院课程设计

课程名称低频电子线路

课题名称多功能函数发生器

专业电子信息

班级 0502

学号

姓名

指导教师

2007年 01月 7 日

湖南工程学院课程设计任务书

课程名称低频电子线路

题目多功能函数发生器

专业班级电子信息0502

学生姓名

学号

指导老师

审批

任务书下达日期 2006 年12 月25日

设计完成日期 2007 年01 月 7 日

目录

一、设计目的 (1)

二、单元电路设计 (1)

三、设计原理图 (7)

四、仿真结果 (8)

五、电路调试 (9)

六、总结 (11)

七、附录 (12)

1、PCB板 (12)

2、元件清单 (13)

3、整机原理图 (14)

设计内容

一）、设计目的

1，掌握函数发生器的主要性能。

2，掌握函数发生器的基本测试方法。

3，学会函数发生器的设计。

4，学会函数发生其的调试方法

二）、单元电路设计

1）、方波三角波产生电路

图所示的电路能自动产生方波三角波，电路工作原理如下

若开关断开，则整个电路呈开环状态。运放A1与R1 R2及 R3 RP1 组成电压比较器，运放的反向端接基准电压，即U-=0，

同向端接输入电压Uia ，R1为平衡电阻，比较器的输出Uo1的高电平近似等于正电源电压+Ucc ，低电平近似等于负电源电压-Uee ，当比较器的U+=U-=0时比较器翻转，输出Uol 从高电平+Ucc 跳到低电平-Uee ，或从底电平-Uee 跳到高电平+Ucc 。设Uo1=+Ucc,则：

()3

12231231

0cc ia R RP R U U U R R RP R R RP ++=++=++++ （1） 将(1)整理,得到比较器翻转的下门限电压Uia 为： ()223131

ia cc cc R R U U U R RP R RP ---=+=+++ （2） 若Uo1=-Uee ，则比较器翻转的上门限电位Uia + 为：

()223131

ia EE cc R R U U U R RP R RP +-=-=++ （3） 比较器的门限宽度Uh 为

（4）

由式(1)到(4)，可得到比较器的电压传输特图1：

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

()

21

422

1

o o

U U dt

R RP C

-

=

+

⎰ (5)

Uo1 = +Ucc时

()

()()

2

422422

cc cc

o

U U

U t t

R RP C R RP C

-+-

==

++

(6)

Uo1 = -Uee 时

()

()()

2

422422

cc cc

o

U U

U t t

R RP C R RP C

--

==

++

(7)

可见积分器输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图2：

A点闭合时即比较器和积分器形成闭合电路则自动产生方波--三角波。三角波的幅度Uo2m为

2

02

31

m cc

R

U U

R RP

=

+

(8)

方波--三角波的频率为

()312422

4R RP f R R RP C +=+ (9) 由式(8)及式 (9)可以得出以下结论：

1，电位器RP2，在调整方波--三角波的输出频率时，不会影响到输出波形的幅度。若要求输出的频率范围较宽，可以采用C2改变频率的范围，RP2实现频率微调。

2，方波的输出幅值应近似等于电源电压+Ucc ，三角波的输出副值应该不超过电源电压+Ucc 。电位器RP1可以实现幅度微调，但会影响方波--三角波的频率。

2)、三角波—正弦波变换电路

根据图的组成框图，三角波—正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器的设计表明，差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为： 0

11/1id T c E U U I i i e αα-==+, （10）

22/1id T c E U U I i i e αα-==+. （11）

式中，a=Ic/IE ≈1;I0为差分放大器的恒流源电流；UT 为温度的电压当量，当室温为25℃时，UT ≈26mV 。

如果Uid 为三角波，设不表达式为

40424342{m m U T T t t T id U T T t t T T U ⎛⎫⎛⎫-≤≤ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫-≤≤ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭= (12)

式中，Um 为三角波的幅度，T 为三角波的周期。

将式（12）代入10）或（11），则

()04440444021121{U T m U T T U T m U T T I T t e

c I T t t T e I αα-⎛⎫- ⎪⎝⎭-⎛⎫- ⎪⎝⎭⎛⎫≤≤ ⎪⎝⎭+⎛⎫≤≤ ⎪⎝⎭+= (13)

利用计算机对式（13）进行计算，打印输出的ic1(t)或ic2(t)曲线近似于正弦波，则差分放大器的单端输出电压Uc1(t) 、 Uc2(t)亦近似于正弦波，从而，实现了三角波—正弦波的变换。