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函数发生器

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1 / 7 电子线路设计与制作任务书

[实验题目]：函数信号发生器的设计与制作

[实验目的]：

能在设计与制作实验的过程中,结合所学理论知识,进行电子应用电路的设计、组装与调试,以此来掌握使用模拟分立元器件和数字电路集成芯片设计一个函数信号发生器电路的方法和实践技能,为以后从事生产和科研工作打下一定的基础.

[设计内容与要求]：

1．设计任务

设计并制作一个函数信号发生器电路.

主要技术指标

1〕输出波形：正弦波、方波、三角波.

2〕频率范围： 100HZ～１KＨz.1KHZ～10KHZ

3> 输出电压：方波Up-p≥20V,三角波Up-p=6V,正弦波Up-p>1V；

4> 波形特性：方波tr<10s〔1kHz,最大输出时〕,三角波失真系数<2%,正弦波失真系数<5%.

2．设计要求

本设计制作实验要求用运算放大器与晶体管差分放大器共同组成方波—三角波—正弦波函数信号发生器.基本组成框图如图1所示.

图1 函数发生器电路组成框图

1．提出函数信号发生器的设计方案,论证各自的优、缺点.选择其中一种加以详细的电路设计、选择元器件型号并确定元件参数,列出材料清单,画出电路图；

2．利用EWB软件仿真或用面包板组装并调试电路,使其达到设计要求；

3．也可用单片机进行函数信号发生器电路的设计.

4．撰写实验报告

1电路的选择与设计

1.1三角波变换成正弦波

由运算放大器电路与分立元件构成,方波-三角波-正弦波发生器电路组成框图如图1所示,这里只介绍将三角波变换成正弦波的电路,常见电路如下： 2 / 7 方案1

方案2

方案3

图 1 波形发生方案

〔1〕用差分放大电路实现三角波-正弦波的变换

波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性,波形变换过程如图2所示.由图可见,传输特性曲线越对称,线性区越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区或截止区.

图2 三角波-正弦波变换原理图

图3 三角波-正弦波变换电路

图3为实现三角波-正弦波变换的电路,其中RP1调节三角形的幅度,RP2调整电路的对称性,其并联电阻Re2用来减小差分放大器的线性区,电容C1、C2、C3,C4为隔直电容,C5为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形.

〔2〕用二极管折线近似实现三角波-正弦波的变换

最简单的折线近似电路如图4所示.

图4 二极管折线近似电路图

图5 波形变换原理图

当电压Ui>小于U1+Ud时,二极管VD1、VD2、VD3截止；当电压Ui大于U1+UD且小于U2+UD时,则VD1导通；同理可得VD2、VD3的导通条件.不难得出图4的输入、输出特性曲线如图5所示.选择合适的电阻网络,可使三角波→正弦波.一个实用的折线逼近正弦波转换电路如图6所示.其计算图见图7所示,该图是以正弦波角频率0度为0V,90度为峰值画出的三角波,0度~30度处,三3 / 7 角波和正弦波因为有着相同的电平值而重合,其余部分是,选择转折点为P,画出用折线逼近正弦波的直线段,由两者的斜率比定出电阻网络的分压比.每个转折点对应着一个二极管,而且所提供给各二极管负端的电位值应该是适当的.

图6 三角波-正弦波变换电路 图7 波形变换计算图

1.2利用恒流源对电容充放电实现三角波

利用恒流源对电容充放电可以实现三角波,其关键是需要一个恒流特性很好的恒流源和一个漏电很小、损耗和吸附效应很小的电容器,如聚苯乙烯电容器和聚四氟乙烯电容器,且电容量一般不超过1uF,原理电路如图8所示.工作原理：在K1打开、K2闭合阶段t=0~t1,电容充电至

而在K1闭合、K2打开阶段t=t1~t2,电容放电至

)1()12()1()2(100210tVttcItVdtIIcVccttc4 / 7 由此便可以得到三角波.

图8对电容充放电实现三角波原理图图9利用恒流源对电容充放电产生三角波电路

图9所示为其实用电路.A1和晶体管T1组成恒流源Io,Io=〔15+Vi〕/1.2K.A2和晶体管T2组成恒流源2Io,T3、T4为电流开关,改变控制电压±Vi的大小可同时调节两个电流源的电流,因而可以方便地实现三角波频率的控制.

1.3利用积分电路形成三角波

图10 积分电路

积分电路可以将方波转换为三角波,其输入输出函数关系为：Vo=-Vi/RC.但由于运放的输入电阻、开环增益、SR均为有限值,输入偏置电流IB,失调电流IOS与温漂等不可能为零,以与电容C本身的漏电等原因,实际的三角波的线性度不可能十分理想.

方波、三角波发生器

图11所示的方波、三角波发生器由积分器和比较器组成,其工作原理不作介绍,只作几点说明： A2 Vi -Vi T1

1K 1K

T4 T3

T2 1.2K

C +15V

597 A1

-15V

A2

Vo1 Vo2 W1 R1

Iz R2 R3

A1 R4

Io

+15V -15V W2 Vo2 Io2 Io1 1000p 1K-10KHz

0.01u 100-1KHz

0.1u 10-100Hz W3

Io3 RW1

±12V

E1 5 / 7 图 11 方波三角波产生电路

所示电路的周期为：T=4〔R1+RW1〕C〔R2/R3〕,由此可知,改变电位器W1和电容C,或调节W3,均可改变频率.为了调节频率的方便,这里采用改变C作为频率的粗调,改变W1作为频率细调的方案.因调节W3将同时影响三角波的幅度,所以三角波的幅度一旦调好,W3就不再调节.

调节W2可以改变E1的电位,而E1的大小对电容的充、放电的速度影响不

同,将使三角波的上升、下降的斜率不等,从而可以改变三角波和方波的对称性.

当计算稳压管限流电阻R4时,应考虑到：R4=[12-〔Vz+0.7〕]／Io,而Io=Io1+Io2+Io3+Iz.当Io1、Io2、Io3处于最大时,Iz仍应大于Izmin〔通常为5mA〕.

1.4正弦函数转换器

利用正弦函数转换器可以将三角波转换为正弦函数.这里介绍两种正弦函数转换网络,这两种正弦函数转换网络的基本设计思想都是将三角波进行逐段校正,使之逼近正弦波.

如图12所示,在T/2内均匀的设置了六个断点,以作7段校正,所以每段所占的时间为T/14.若设正弦波过零点的斜率与三角波相同,即

有Vom=2Vim/π≈0.64Vim.

图12 逐段校正法将三角波转换为正弦波

由此可推算出各断点上应校正到的电平值：Vo1、 Vo2、 Vo3.设Vim=5v,

Vom=3.18v,则其对应电路如图13所示,其基本结构是比例放大电路,只是按照图的要求,使运放A在不同的时间区段内,具有不同的比例系数,对不同区段的比例系数的调整,是通过二极管网络来实现的.如输出信号的正半周内有D1、D2、D3控制切换；负半周内有D4、D5、D6控制切换.电阻Rb1~ Rb3与Rb4~ Rb6分别组成分压器,控制各二极管的动作电平.

① 在0~t1区段,要求D1~D6均不导通,此时,V0与V1的比例关系应为：

由Vo1=1.38V,t1=T/14和Vim=5v可得：RF/RI=0.9.令Ri=10K,则RF=9.7K.

②在t1~ t2区段,要求D1导通,D2~D6均不导通,此时,V0与V1的比例关系应为：

由Vo2-Vo1=2.49-1.38=1.11 V,t2-t1=T/14和Vim=5v可得：／RI =0.77,

Ra1=33.5K. VTTVVomo38.1)142sin(16 / 7 同时,为控制D1的动作电平,要求1点上得电平满足下列关系：

设计时,为了避免Rb1对比例关系得影响,要求Rb1>>Ra1,所以上式又可以化简为：

由此可得Rb1=545K.

图 13 三角波正弦波转换电路

1.5总的电路原理图

综合考虑各种因素总的设计原理图如图14所示:

图14 总的原理图

2单元电路的比较与确定

由运算放大器电路与分立元件构成方波-三角波-正弦波函数发生器:

2.1用差分放大实现三角波-正弦波的变换

电路如图所示

图15 三角-波正弦波的变换电路

指标要求：频率范围 1Hz~10Hz;10Hz~100Hz.

输出电压 方波Upp≤24V；三角波Upp=8V；正弦波Upp＞1V.

三角波-正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C4、C5、C6的容量要取的较大,因为输出频率很低,一般取值为470μF,滤波电容C7视输出的波形而定,若含高次谐波成分较多,C7可以取得较小,一般为几十皮法至几百皮法.RE2与RE4相关联,以减小差分放大器的线性区.差分放大器的静态工作点可以通过观测传输特性曲线,调整RP1与电阻R确定.

2.2用二极管折线近似电路实现三角波-正弦波的变换

电路如图所示

图16 函数发生器2

指标要求：频率范围 10Hz~100Hz,100Hz~1KHz,1KHz~10KHz;

频率控制方式 通过改变RC时间常数手控信号频率 11110101)(DbaaVRRREVVERRVVbaD111017 / 7 通过改变控制电压Uc实现压控频率〔VCF〕

输出电压 各波形输出幅度连续可调；

频率调节部分设计时,可先按三个频段给定三个电容值：1000pF、0.01μF、0.1μF然后再计算R的大小,手控与压控部分线路要求更换方便.为满足对方波前后沿时间的需要,以与正弦波最高工作频率〔10KHz〕的要求,在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用SR值较大的运放〔如LF353〕.为保证正弦波有较小的失真度,应正确计算二极管网络的电阻参数,并注意调节输出三角波的幅度和对称度,输入波形中不能含有直流成分.

3心得体会

与传统的接受学习相比,设计性实验具有更强的问题性、实践性、参与性和开放性.第一次做设计性实验,刚开始束手无策,于是便向有经验的师兄师姐借鉴,同时通过查阅实验书本了解一些有关的内容.于是就开始了实验方案的设计:

在做设计的过程中,首先是明确实验目的,弄清实验思路,把实验原理详细的表述出来.然后是查阅了很多实验的仪器使用方法和仪器的测量对象,最后定下了完成该实验所要用到的仪器.写出实验的具体步骤.

实验是通过自主独立地发现问题、设计实验、操作、调查、搜集与处理信息等活动从而获得知识、技能、情感与态度的发展,特别是探索精神和创新能力的发展的学习方式和学习过程.这次的设计性实验的整个过程让我收益很大.是我明白了在实验之前要学会确定实验目标、制定实验计划、作好具体的实验准备；在实验中要学会对自己的实验进展、实验方法作出自我监控、自我反馈和自我调节；在实验后要学会对自己的实验结果进行自我检查、自我总结、自我评价与自我补救.

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函数信号发生器(三角波,梯形波,正弦波)

函数信号发生器(三角波,梯形波,正弦波)

电子课程设计

题目： 函数信号发生器的设计

学院： 机械工程学院

班级： 测控技术与仪器071班

作者：

学号：

指导教师：

2010年7月7日 - 2 -

摘要：

该函数发生器采用AT89S51 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（1458N）等。电路采用AT89S51单片机和一片DAC0832数模转换器组成函数信号发生器，在单片机的输出端口接DAC0832进行DA转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波形接在示波器上显示。它具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。由于采用了1458N运算放大器，使其电路更加具有较高的稳定性能，性能比高。此电路清晰，出现故障容易查找错误，操作简单、方便。

本设计主要应用AT89S51作为控制核心。硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。

关键词：AT89S51、DAC0832、波形调整

【Abstract】： For special requirement the function generator using

AT89S51 microcontroller as the control, external analog / digital

conversion circuit (DAC0832), op-amp circuit (1458C) and so on. AT89S51

北邮-函数信号发生器

北邮-函数信号发生器

北京邮电大学 电子电路综合实验报告

北京邮电大学

电子电路综合实验报告

课题名称：函数信号发生器的设计

学院：信息与通信工程学院

班级：

姓名：

学号：

班内序号：

2015年4月26日北京邮电大学 电子电路综合实验报告

1 课题名称：函数信号发生器的设计

摘要：

方波-三角波产生电路采用了运放组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求以及对所需方波、三角波的幅度可以确定合适的运放以及稳压管的型号、所需电阻的大小和电容的值。三角波-正弦波的转换是利用差分放大器来完成的，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度以及电路的对称性。同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。最后利用反馈电阻Ro大小变化来控制方波和三角波的幅值，利用旁路电容C4来控制正弦波的幅值，将R2换成顶调电位器和二极管来控制方波占空比。

关键词：方波 三角波 正弦波 频率可调 幅值可调

一、设计任务要求

1. 基本要求：

（1）输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真；

（2）方波输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升、下降沿小于10us；

（3）三角波Uopp=8V（误差小于20%）；

（4）正弦波Uopp错误!未找到引用源。1V，无明显失真。

2. 提高要求： 北京邮电大学 电子电路综合实验报告

2 （1） 将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围为30%—70%；

（2）三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调。

二、设计思路

实验设计函数发生器实现方波、三角波和正弦波的输出，其可采用电路图有多种。此次实验采用迟滞比较器生成方波，RC积分器生成三角波，差分放大器生成正弦波。除保证良好波形输出外，还须实现频率、幅度、占空比的调节，即须在基本电路基础上进行改良。

简单函数发生器的设计

简单函数发生器的设计

简单函数发生器的设计

函数发生器（function generator）是一种能生成不同函数形式输出信号的仪器。它广泛应用于电子、通信、自动控制等领域，用于测试、仿真、教学以及其他各种应用。

函数发生器通常由以下几个组成部分组成：信号源、波形形状选择电路、频率选择电路和幅度控制电路。下面将分别对这些部分进行设计。

首先是信号源。在函数发生器中，常用的信号源有信号发生器和稳压电源。信号发生器产生正弦、方波、三角波等各种波形信号。稳压电源用于提供稳定的电压输出。这里我们选择使用信号发生器作为信号源。

接下来是波形形状选择电路。波形形状选择电路用于选择输出信号的波形形状，包括正弦波、方波、三角波等。这里我们采用多路开关电路来实现波形形状的选择。多路开关电路可以通过切换不同的开关状态来选择不同的波形形状。

然后是频率选择电路。频率选择电路用于选择输出信号的频率。一种常见的频率选择电路是使用可变频率振荡器（VFO）。可变频率振荡器可以通过调节电路中的电阻、电容或电感等参数来改变输出信号的频率。

最后是幅度控制电路。幅度控制电路用于控制输出信号的幅度大小。一种常用的幅度控制电路是使用可变增益放大器。可变增益放大器可以通过调节放大器的增益来改变输出信号的幅度。

综上所述，一个简单函数发生器的设计包括信号源、波形形状选择电路、频率选择电路和幅度控制电路四个部分。其中信号源使用信号发生器，波形形状选择电路使用多路开关电路，频率选择电路使用可变频率振荡器，幅度控制电路使用可变增益放大器。通过调节这些电路的参数，我们可以生成不同形式的函数输出信号。

函数发生器在电子、通信、自动控制等领域具有广泛的应用。它可以用于测试电路的频率响应、幅度响应等性能指标，也可以用于信号仿真和教学实验。由于函数发生器的灵活性和可调节性，它成为了各种实验和应用中不可或缺的仪器之一

课程设计函数发生器

课程设计函数发生器

标准文案

大全 1.引言

1.1 函数信号发生器的应用意义

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也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用有集成运算放大器与晶体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。具体方法是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。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。

通过此次设计，我们能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力

1.2设计目的

（1） 能够根据功能要求查找相关的元器件的说明书。

（2） 能够对元器件的说明书进行学习并掌握元器件的控制方法和时序要求。

（3） 能够利用Multisim、protel仿真软件对电路进行仿真调试。

（4） 能够按着规范的课程设计的格式完成课程设计报告。

1.3设计内容和要求

设计一个函数发生器，能产生方波、三角波、正弦波信号。用LED显示其频率和波形参数，播报其频率和波形参数。信号频率可通过键盘输入并显示。

基本要求：

1、输出频率范围：100HZ—1KHZ和1KHZ—10000HZ两档

2、输出电压幅值可设，方波：VP-P=12V

3、三角波：VP-P=1V

4、正弦波：VP-P>1V

整个控制电路在Multisim、Protel仿真软件中连接调示。

2.函数发生器的总方案及原理框图

2.1 原理框图 标准文案

大全

2.2 函数发生器的总方案