模电多种波形发生器

辽宁工业大学

模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：函数信号发生器的设计与制作

院（系）：工程技术学院

专业班级：电气工程及自动化

学号： 11

学生姓名：吴小强

指导教师：（签字）

起止时间：2013.06.24—2013.07.5

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：工程技术学院教研室：电子信息工程

摘要

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功或大或小、频率或高或低的振荡器。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种:

（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试. （4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。

目录

一、设计要求 (4)

二、设计的作用、目的 (4)

三、性能指标 (4)

四、设计方案的选择及论证 (4)

五、函数发生器的具体方案 (5)

1.总的原理框图及总方案.......... 错误！未定义书签。

2.各组成部分的工作原理 (6)

2.1 方波发生电路 (7)

2.2角波发生电路 (8)

2.3正弦波发生电路 (9)

2.4直流稳压电源的设计 (3)

2.5方波---三角波转换电路的工作原理 (13)

2.6三角波—正弦波转换电路工作原理 (15)

3.总电路图 (17)

六、实验结果分析 (17)

七、实验总结 (18)

八、参考资料 (19)

函数信号发生器设计报告

一、设计要求

1. 用集成运放组成正弦波、方波和三角波发生器。

2. 幅值和频率自定义。

3. 正弦波、方波和三角波的幅值、频率可调。

二、设计的作用、目的

1. 掌握函数信号发生器工作原理。

2. 熟悉集成运放的使用。

3. 熟悉Multisim软件。

三、性能指标

1．输出波形：正弦波、方波、三角波等；

2．频率范围：0.02～100 HZ

3．输出电压：方波U=18,三角波U=18V,正弦波U=18V；

四、设计方案的选择及论证

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。

方案一：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过积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。

方案二：文氏桥振荡器产生正弦波输出，用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波信号输出。

方案二同方案一比较，对于三角波的产生有一定的麻烦，因为题目需要频率为连续可调，但幅度稳定性难以达到要求；方案一由于采用运算放大器组成积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大为改善。由此，本设计采用方案一

五、函数发生器的具体方案

总体设计方案及框图

多波形信号发生器方框图如图1.1所示。

本课题采用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—正弦波函数发生器的设计方法。并采用先产生方波—三角波，再将三角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，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线性区要窄，输入的三角波的的幅度Um 应正好使晶体管接近饱和区或截止区。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。

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．方波发生电路仿真电路模型如图5-1和5-2所示

图5-1

图5-1