函数发生器设计(1)
一、设计任务与指标要求
1、可调频率范围为1０Hz~１00Hｚ。
2、可输出三角波、方波、正弦波。
3、三角波、方波、正弦波信号输出得峰-峰值０~5V可调.
４、三角波、方波、正弦波信号输出得直流电平-3V~3Ｖ可调。
５、输出阻抗约600Ω。
二、电路构成及元件参数得选择
１、振荡器
由于指标要求得振荡频率不高,对波形非线性无特殊要求。采用图1所示得电路。同时产生三角波与方波。
图1 振荡电路
根据输出口得信号幅度要求，可得最大得信号幅度输出为：
VＭ＝5／２＋3＝５、５V
采用对称双电源工作(±V CＣ）,电源电压选择为：
V CC≥ＶM+2V=7、５V 取ＶＣC=9Ｖ
选取3、3V得稳压二极管，工作电流取5ｍA,则：
ＶＺ=V DZ+V D＝3、3+0、7=４V为方波输出得峰值电压。
取6８0Ω.
取8、２KΩ。
R1=R2／３＝８、２／１、5=5、４7(KΩ）
取5、1KΩ.
三角波输出得电压峰值为：
ＶOSM=ＶZ R1/Ｒ2＝4×5、1/8、２=2、48９(V）
R 4＝R 1∥R 2=３、14 K Ω
取3K Ω。
取10K Ω。
R 6＝RW/9=10/9=1、1１(K Ω）
取1K Ω.
积分时间常数：
取C=0、1uF ，则：
Ｒ５=4、019/0、1=40、19K Ω
取39K Ω.
取R ７=R 5＝ 39K Ω.
转换速率
Z 1max OSM max 24V R f 44 5.1100
SR 4V f =0.995mS R 8.2
⨯⨯⨯≥=
=（V/）
一般得集成运算放大电路都能满足要求。兼顾波形转换电路集成电路得使用。集成电路
选用四运放LM ３24。LM324内含四个相同得运算放大器,其中两个用于振荡器,两个用于波形变换。
三、振荡电路工作原理
利用集成运算放大电路也可实现产生方波与三角波得信号发生器，电路主要由比较器与积分器构成.电路中,有源积分器由运算放大器2A 及其外围电路积分电容C 与电阻R 5、R 7组成。有源积分器得输出通过R 1接至比较器１A 得正输入端，积分器得输入电压由电位器分压取出，设R W 与Ｒ６形成得分压系数为a w ,则积分器得输入电压为V ｉ=±a ｗＶz 。分压系数a ｗ为：
即积分器得输入电压Ｖｉ得峰值电压通过调节电位器R W ,可从到V Ｚ可调.
设某时刻比较器输出V OZ =V Z ，积分器得输入电压为+a w Vz 。通过积分器积分使得V OS 下降，比较器得正端输入电压Ｖi+跟随下降。当V i+电压下降超过０V 时，比较器将翻转V OZ =
—ＶZ ，V i+突然变为负电压,此时为V OS 得负峰电压-ＶO ＳM 。V O ＳM 得值为：
比较器输出电压
V ＯZ ＝-V Z 又通过积分器使得V O Ｓ上升，当V
i ＋
电压上升超过0Ｖ时，比较
器又将翻转为V OZ ＝V Z ,重复下一次得振荡。此时V OS 为正峰电压+V OS Ｍ。振荡器输出V OZ 为方波,峰值为稳压二极管所限定得电压V Z ，V OS 为三角波得输出电压，V O ＳM 为三角波得峰值.振荡器得波形如图2。
图2 ＲC有源积分器振荡电路得信号波形
在VＯZ=-ＶZ期间(为振荡半周期T/2），积分器得积分时间常数约为，输出电压ＶＯＳ:
可见,VＯS对时间为线性。当V OＺ由－V Z变为V Z时,V OS=ＶOSＭ,则振荡频率ｆ为：
代入,并整理得频率为：
可见改变a Ww可改变频率,RW为频率调节电位器.改变电容Ｃ也可调节频率，通过开关,以10倍地切换容量可获得10倍得频率档位扩展。
四、ｆ范围设计补充
电位器主要就是完成频率调节功能,它就是通过调节积分器得输入电压幅度来调节频率得。它与R6一起决定分压ａw，根据设计要求得频率调节范围确定.设频率调节范围:f maｘ/fｍiｎ＝10，则要求a w变化范围就是0、1～1。电位器滑动端到上端时，a w=1,在最
下端时aｗ=0、1，要求：
即Ｒ6=RW/９
实际上，为覆盖所要求得频率范围，比值要稍小于０、1才能得到比较好得结果。同时也考虑对稳压二极管得负载效应,电阻取值不能过小,取电位器RＷ阻值：
五、积分电路元件R5、C设计补充
R5与Ｃ得值应根据振荡频率f来确定，当R１与R2得vｖv值确定后，由频率计算公式确定.当频率取最大值f max时，a w＝1,有：
Ｒ5Ｃ得值确定之后，R5得大小可由以下几个方面考虑：Ｒ5取值大,有利于提高积分器得输入电阻，但会就是电容C减小，加剧积分漂移。R5取得过小，则电容C将增大，而大容量电容又有漏电与体积大方面得问题，所以,R5与C得选择原则应该就是：在满足积分器输入
电阻得情况下，尽量选取较小得电阻R５与较大得电容C。一般取R5≥（5~10）RW，但积分电
容一般都不超过１uF为宜。按十得倍率改变Ｃ，理论上频率将有相应得十倍率变化。积分
器得平衡电阻Ｒ7≈R５。
六、附总电路图
调试步骤：
1.根据原理图在面包Array板插好电路
2.加上电源,在R16R １7 RBＷ5接上示波器探头，瞧瞧就是否有三角波正弦波方波出现。
3.如果没有方波就检查RW1之前得电路，瞧瞧就是否有短路开路以及元件就是否接错，原件就是否有烧坏
4.如果有方波没有三角波就检查ＲＷ1到R16得电路,瞧瞧就是否有短路开路以及元件就是否接错，原件就是否有烧坏，以及集成芯片就是否有工作电压
5.如果有三角波方波没有正弦波，就调节RW3与RW4，还有检查电路就是否出问题
6.这三个波形都出来之后,调节各个电位器,使各点得输出得幅度一样,再加入后面得统调电路.
7.统调电路接好之后,先再函数信号输出几个同幅度得方波三角波正弦波,加到统调电路上,如果正常工作就直接加上后面得电路,如果不正常就检查电路，瞧瞧哪里有问题，按上面得步骤检查,统调正常工作之后再加入电路。
8.统调之后按要求调出幅度频率记录数值
实验心得：
