函数信号发生器的设计

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虚拟函数信号发生器的设计

作者：魏 雯

来源：《硅谷》2009年第23期

[摘要]提出一种虚拟函数信号发生器的设计,依托于LabVIEW编程环境,不仅能够产生实验室常用的正弦波、方波、锯齿波等,并可模拟实际工作环境中添加了噪声后的波形信号,同时还可轻松、快捷地将这些信号波形显示出来。

[关键词]虚拟仪器信号发生器LabVIEW

中图分类号:TN99文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210040-01

一、引言

虚拟仪器是由用户定义功能,是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。信号发生器作为测量系统的重要成员,其传统模型由很多类型,有低频的和高频的,但它们都是独立存在。这样无形之中就增加了成本,堆积了资源。基于这种情况,我们提出一种基于虚拟函数信号发生器的设计,以LabVIEW为编程环境,开发出功能集成度很高的信号发生器。该信号发生器不但界面简洁通俗,而且功能,操作也很方便。它能产生实验室常用的正弦波、方波、锯齿波等波形,在某些功能上还能有所扩展。

二、虚拟函数信号发生器的设计

(一)设计总构想

本设计是依托于LabVIEW的编程环境,结合其自身的特点并联系信号发生器的需要条件,作出下列总体构想:1.输出波形多样化,除了基本的正弦波、方波、锯齿波等波形外,还将白噪声,多频波形也包含在内;2. 前面板上能同时显示相关波形及其参数调整情况;3.对输出波形采样点的数据能实现存储。本设计是以软件为设计为中枢,并将其分成几个子部分:参数设置、信号产生、波形显示和数据存储。

(二)虚拟函数信号发生器各子部分的设计 龙源期刊网

设计过程中,我们充分利用了信号发生器的工作原理,对其四个子部分进行详细而有针对性的设计研究,当然也是归功于LabVIEW具有图形化的编程语言的优势。

函数信号发生器的设计与制作

目录

一.设计任务概述

二.方案论证与比较

三.系统工作原理与分析

四.函数信号发生器各组成部分的工作原理

五.元器件清单

六．总结

七.参考文献

函数信号发生器的设计与制

一．设计任务概述

（1）该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波。

（2）函数发生器以集成运放和晶体管为核心进行设计

（3）指标：

输出波形：正弦波、三角波、方波

频率范围：1Hz~10Hz，10Hz~100Hz

输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P＞1V；

二、方案论证与比较

2.1·系统功能分析

本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案：

2.2·方案论证

方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

方案二∶采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。

方案三：采用8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz～300K

方案四：采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器，并确定了各元件的参数，通过调整和模拟输出，该电路可产生频率低于1-10Hz的3种信号输出，具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。

实验1 函数信号发生器的设计与实现

姓名：_ _____

学号：

班内序号：____

课题名称：函数信号发生器的设计

摘要：采用运算放大器组成的积分电路产生比较理想的方波-三角波，根据所需振荡频率和对方波前后沿陡度、方波和三角波幅度的要求，选择运放、稳压管、限流电阻和电容。三角波-正弦波转换电路利用差分放大器传输特性曲线的非线性实现，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度和电路的对称性，同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。

关键词：方波 三角波 正弦波

一、设计任务要求

1． 基本要求： 设计制作一个函数信号发生器电路，该电路能够输出频率可调的正弦波、三角波和方波信号。

(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 1V，无明显失真。

2. 提高要求：

(1) 输出方波占空比可调范围30%-70%。

(2) 自拟（三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调）。

二、设计思路和总体结构框图

总体结构框图：

设计思路：

由运放构成的比较器和反相积分器组成方波-三角波发生电路，三角波输入差分放大电路，利用其传输特性曲线的非线性实现三角波-正弦波的转换，从而电路可在三个输出端分别输出方波、三角波和正弦波，达到信号发生器实验的基本要求。

将输出端与地之间接入大阻值电位器，电位器的抽头处作为新的输出端，实现输出信号幅度的连续调节。利用二极管的单向导通性，将方波-三角波中间的电阻改为两个反向二极管一端相连，另一端接入电位器，抽头处输出的结构，实现占空比连续可调，达到信号发生器实验的提高要求。

三、分块电路和总体电路的设计过程

1. 方波-三角波产生电路

电路图：

设计过程：

①根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择电压转换速率SR合适的运算放大器。

Xuchang Electric Vocational College

毕业论文（设计）

题 目：函数信号发生器的设计与制作

系 部： 电气工程系_

班 级：12电气自动化技术

* 名： ***

指导老师： * *

完成日期： 2014/5/20

许昌电气职业学院2015届专科毕业论文 第1页 共18页

·· 毕业论文内容摘要

函数信号发生器的设计与制作

摘要：本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。

关键词：ICL8038;波形;原理图;常用接法

许昌电气职业学院2015届专科毕业论文 第2页 共18页