课程设计函数发生器设计报告

天津职业技术师范大学
自动化与电气工程学院
电子技术课程设计报告
题目：函数发生器设计
专业：测控技术与仪器专业
班级：测控0802
组员：谷峥（07）
王海丽（22）
魏莹莹（25）
2010年7月2日一、设计任务及主要技术指标和要求
设计任务：根据已知条件，完成对方波－三角波－正弦波发生器的设计、装配与调试。

主要技术指标和要求：
i.波形产生次序输出电压：方波—三角波—正弦波
ii.幅值要求：方波Upp < 24V，幅度连续可调
三角波Upp≈8V，幅度连续可调
正弦波Upp > 1V，幅度连续可调
iii.波形特性：方波上升时间<2us
三角波线性失真<1%
正弦波谐波失真<3%
选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与
元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

（选做：用EWB
软件完成仿真）
v.实物焊接调试并按规定格式写出课程设计报告书。

二、电路设计
1、方案设计
方案一：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，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。

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。

经过仿真得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波转换及三角波——正弦波转换的波形图。

方案二：此方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。

波和三角波(如图，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz～300KHz。

ICL8038产生波形框图
方案比较分析：
方案一先产生方波-三角波，再
将三角波变成正弦波，该电路的优点是：线性良好、稳定性好；频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。

方案二为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。

但是对于三角波的产生则有一定的麻烦，而这是电路所不希望的。

幅度稳定性难以达到要求。

而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。

方案三由于电路图简单，芯片高度集中，不能很好的体现学生的思路，而且此芯片价格较贵，故而不宜采用。

所以，我们选用方案一。

2、单元电路的设计及仿真和元器件的选择
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。

方波---三角波转换电路的工作原理
图中U1构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。

运算放大器U2与电阻Rp2及电容构成积分电路，用于将U1电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。

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方波-三角波产生
a
电路
正弦波产生电路正弦波产生
电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。

由于选取差分放大电路对三角波一正弦波进行变换。

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3、 电路原理图
4、 计算各器件的主要参数
(1)从电路的设计过程来看电路分为三部分：①方波部分②三角波部分③正弦波部分。

（2）比较器A1 与积分器A2的元件参数计算如下。

由式8得
即3
1cc m 2o 132==+V U RP R R 取R3=10k 欧，则R3+RP1=30k 欧，取R3=20k 欧，RP 为47k 欧的电位器。

去平衡电阻R1=R2//(R3+RP1)=10K 欧由式9得2
)24(2413f C RP R R RP R ++= 当1hz<=f<=10hz 时，取C2=10Uf,则R4+RP2=（75~7.5k ）欧，取R4=5.1k 欧。

RP2为100k 欧电位器。

当10 <=f <=100时。

取C2=1uF 以实现频率波段的转换，R4 及 RP2的取值不变。

取平衡电阻R5=10K 欧三角波→正弦波变换电路的参数选择的原则是：隔直电容C3，C4,C5要取得较大，
因为输出频率很低，取C3=C4=C5=470uF，滤波电容C6视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C6可取得较小，C6一般为几十皮法至0.1uF。

Ｒe2=100欧与RP4=100欧相并联，以减小差分放大器的线性区。

拆分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻Ｒ*确定。

输出范围1.8V<=Uo2m<=6V，C2=1uF时，1Hz <f<100Hz。

当C2=10uF时1Hz<f<10Hz。

三、整理性能测试数据，并分析是否满足要求
1、按照方案一的电路图焊接好电路板。

2、调试前，将电路板接入±12伏电压，地线与电源处公共地线连接.
输出电压测试：
①方波：
电路板上方波信号接入示波器，调节RP1,测得方波峰峰Vpp=22V与性能指标要求一致。

②三角波：
撤除方波信号并接入三角波信号，调节RP1, 测得三角波峰峰值Upp=8V能达到课题的要求。

③正弦波：
将正弦波信号接入示波器，调节RP3和RP4,测得正弦波峰峰值Upp=2.8V.
也基本上能到达课题要求。

3、波形特性测定:
方波上升时间:
将电路板上的方波信号接入示波器,,调节示波器上周期调节旋钮,直到
能清楚观测到方波信号上升沿处的跃变,测得方波上升时间为:T<1us
分析：上升时间达不到要求，这个可以用换运放类型来解决。

通过改变
运放的速度来改变其上升时间。

三角波非线形失真:
撤除方波信号,将电路板上三角波信号接入示波器通道1,测得此时的
三角波信号参数如下:
峰峰值: Upp=8V
此时将实验台上函数发生器产生的三角波作为标准信号接入示波器的
通道2,并调节其频率及峰峰值,使之与要测试的三角波信号参数一致。

在示波器上的双踪模式下比较,发现两通道的三角波完全重合,说明无
非线形失真.
正弦波轻微失真：
由于滑动变阻器所给值不当，导致正弦波发生轻微失真，经改正调试
最终正弦波失真符合要求。

四、在调试中遇到的问题，是怎样解决的
在调试过程中，我们遇到如下问题：三角波的峰值小于技术指标要求，我们通过调节滑动变阻器RP1的值最终使其达到指标要求；正弦波的波形发生轻微失真，通过调节滑动变阻器RP3的值校正；在使用数字示波器观察波形的过程中没有任何波形出现，最终发现芯片损坏，换过新芯片后，所以波形均达到技术指标要求。

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五、元器件清单
五、收获、体会和建议
本次课程设计至此已经接近尾声，一周的时间虽然很短暂，但在这一个星期的设计过程中收获颇丰。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。

资料个人收集整理，勿做商业用途其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。

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在实验过程中，我们遇到了不少的问题。

比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。

在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。

实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。

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感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。

通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。

同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助。

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六、主要参考书目
【1】彭介华《电子技术课程设计指导》高教出版社；
【2】谢自美《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社；
【3】胡宴如《模拟电子技术基础》高等教育出版社；
【4】华成英《模拟电子技术基础（第四版）》高等教育出版社;。