方波-三角波-正弦波函数信号发生器

苏州科技学院天平学院
模拟电子技术课程设计指导书
课设名称正弦波－方波－三角波信号发生器设计 学生姓名
王凌飞 徐跃
高尚 专业物联网 1021 指导教师胡伏原
一 设计课题名称
正弦波－方波－三角波信号发生器设计
二 课程设计目的、要求与技术指标
2.1 课程设计目的 （1） 巩固所学的相关理论知识； （2） 实践所掌握的电子制作技能； （3） 会运用 EDA 工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计； （4） 通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的
原则； （5） 掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分
析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题； （6） 学会撰写课程设计报告；

（7） 培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风； （8） 完成一个实际的电子产品，提高分析问题、解决问题的能力。
2.2 课程设计要求
（1） 根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图，分析工作原理，计算元件参数； （2） 列出所有元器件清单； （3） 安装调试所设计的电路，达到设计要求； （4） 记录实验结果。
2.3 技术指标
（1） 输出波形：方波－三角波－正弦波； （2） 频率范围：100HZ~200HZ 连续可调； （3） 输出电压：正弦波-方波的输出信号幅值为 6V.三角波输出信号幅值为 0~2V 连续可调； （4） 正弦波失真度：   5% 。
图 3.2 函数发生器设计原理
函数发生器组成框图，主要有 RC 桥式振荡电路，过零比较器，积分器三大主要模块电 路构成。
经过 RC 桥式振荡电路产生正弦波波，再经过零比较器产生方波，然后由积分器产生三角
波。其总的原理设计框如图：
RC 桥式振荡器
过零比较器
积分器
三
角
正弦波
方波
波
图 1 总的原理框图
2.2 正弦波产生电路
利用 RC 桥式振荡电路产生正弦波，原理如下图所示；其中 RC 串并联电路构成正反馈支路， 同时兼并选频网络，R1,R4,R5 及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。
图 2RC 桥式振荡电路原理图

调节电位器 R2，可以改变负反馈深度，以满足震荡的振幅条件和改善波形，利用两个反向二
极管 D1,D2 正向电阻的非线性来实现稳幅。D1,D2 采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输
出波形正负半周对称。R2 的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。 振荡频率： f 0  1 （2.1） 2R2C1
其振幅值条件：
Rf R1

2
（2.2）
Rf  R4  R5  (R3 || rvd)
图 3 正弦波仿真图
2.3 方波产生电路
利用过零比较器产生方波，其原理如下图所示，其中 D1,D2 决定其输出电压的幅值。
图 4 过零比较器原理图
由图可知，该电路为处于开环状态的集成运放是一个最简单的过零比较器。犹豫理想运放的 开环增益为无穷大。因此，当输入信号小于零时，输出为高电平；当输入信号大于零时，输 出为低电平。从示波器输出波形可知，当输入为正弦波时输出为正弦波。其中稳压管的作用 是实现限幅。
方波的幅值为：Uom  Uz (2.3)
图 5 方波仿真图
2.4 三角波产生电路
利用积分器产生三角波，其原理电路如下图所示：
图 6 积分器原理图
图中，同相输入端接地，由于输入端不取电流，同相端电位为零，反相端虚地，流过电
容的电流与流过电阻的电流相等经计算可知当输入方波时输出为三角波。
三角波的幅值： ic  iR  vi （2.4） R
vo


1 C

icdt


1 RC

v
idt
（2.5）
Uom   Vi  Vc （2.6） R1C1
图 7 三角波仿真图
2.5 函数信号发生器总电路图
图 8 方波—三角波—正弦波函数信号发生器
可以通过调节可变电容来达到调节频率的目的。后面产生的方波，三角波的频率与正弦 波的频率保持一致，所以只要调解正弦波的频率就能达到调节整个电路的目的。

当可变电容为 150nf 时，它的 13%对应 800HZ；15%对应 700HZ；18%对应 600HZ；21%对应 500HZ； 25%对应 400HZ；34%对应 300HZ；51%对应 200HZ；99%对应 100HZ。 同时，积分器的电阻值和电容值可以通过正弦波的周期与峰峰值来进行定值。
图 9 总电路仿真图
3 实验元器件清单
序号
名称
1
虚拟示波器
2
可变电容
3
可变电容
4
滑动变阻器
5
电阻
6
电阻
7
常规二极管
8
电阻
9
电阻
10
稳压二极管
11
电阻
12
电阻
13
集成运放
14
集成运放
15
直流电源
表 1 元器件清单
4 心得体会
型号 XSC1 150nf 6uf 15k  10k  15k  In4007 2.7k  7k  In5235D 6.8k  8k  TLV2273CD TLC25L2ACD 12V
数量 1 2 1 1 3 1 2 1 1 2 1 1 2 1 2

这个学期通过电子线路与信号与系统的学习。同时通过这次课程设计，我学会了很多， 通过实验增强了我动手、思考和解决问题的能力，同时，我也对书本上的知识有了深入细致 的了解。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，比如一开始仿真是总是直线基本上两 天都是调处直线，真的很郁闷，同学无意识的谈话让我发现了自己的错误，回头想想就那么 简单的原理被自己一直忽略，造成了很难调试出来，因此耗费在这上面的时间用去很多。不 过这其中一次次的尝试，一次次的摸索直到最后得到正确的输出波形，这期间的心情真的很 难说出来
我觉得这次课程设计我学到了很多，虽然结果可能有些失真，不过这是自己经过千辛万 苦调试出来的，对自己还是比较满意的。还有就是对电子元器件有了一定的认识平时学习中 就是一个集成运放放大器没有什么型号，但做实验室时元件的型号有很多，这其中一次次的 尝试，让我对其他的元件都有了一定程度的认识。还有虽然只是仿真，没有实际的制作，但 接近了实际的模拟，让我把书本中的知识穿插到试验中，加深了对部分电路的理解。这个课 程设计我用了几乎四天的时间，其中真的想放弃，但就是在要放弃时，一个小小的图形波动 都会让我重新恢复起来，我又会从一开始努力。这次课程设计，让我感到理论很重要的同时， 实践也很重要，否则一切都会是一纸空谈。所以以后我要加强对课本知识的理解，学会发现 为什么，然后去解决它。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理 的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。我相信通过我的 努力我一定更把这门课学好。
通过这次试验我也认识到，自己的才是最好的，我上网查了好多资料，在想要放弃的时 候，我也想过粘帖复制一下算了，但自己真的很不甘心，慢慢的有了思路，慢慢的看到了波 形，虽然波形不那么完美，但在两者之间我还是用了我的实验数据。这期间虽然不那么顺利， 但最总我坚持下来了我认为我是最棒的。
总体说来,这次实习使我受益匪浅。在付出艰辛的同时，我也所获了属于我的果实，真的 很开心。
参考书籍
[1]董尚斌.电子线路（1）[M].出版社:清华大学出版社，2007 年. [2]户彩凤.电子技术实验指导书[M].出版社:电子工程系，2006 年. [3]蒋黎红，黄培根.电子技术基础实验&Multisim10 仿真[M].出版社：电子工业出版社，2010 年.
总电路图如下图 3.3 所示
图 3.3
七 讨论
调试过程中，方波波形出现了一些失真，猜想是存在一定干扰，在检查接线是否存在松 动以及将示波器测试头的黑夹子接地后，得到改善。通过调节滑动变阻器可以改变占空比， 得到最理想的输出波形。