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題目很簡單 了.函數(shù)信號發(fā)生器簡介 21信號源的分類和作用 22普通函數(shù)發(fā)生器的主要指標(biāo) 23任意波發(fā)生器的主要指標(biāo) 3 函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案 3.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 3.2信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)要求：1.正弦波、三角波、方波輸出頻率范圍：1kHz10MHz； 2.具有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)：100Hz； 3.輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4； 4.輸出電壓幅度：在 負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值Vopp1V； 5.失真度：用示波器觀察時(shí)無明顯失真。最佳答案 函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作 系別：電子工程系 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 屆：07屆 姓名：李賢春 摘 要 本系統(tǒng)以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)測量使用。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001Hz30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)制信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進(jìn)行頻率調(diào)制。 關(guān)鍵詞 ICL8038，波形，原理圖，常用接法 一、概述 在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。 二、方案論證與比較 2.1系統(tǒng)功能分析 本設(shè)計(jì)的核心問題是信號的控制問題，其中包括信號頻率、信號種類以及信號強(qiáng)度的控制。在設(shè)計(jì)的過程中，我們綜合考慮了以下三種實(shí)現(xiàn)方案： 2.2方案論證 方案一采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。 方案二采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需要頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需要頻率信號，抑制雜散分量，并且避免了量的濾波器，有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長。而且，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)，如幅度、頻率 相信都很難控制。 方案三：采用8038單片壓控函數(shù)發(fā)生器，8038可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。改變8038的調(diào)制電壓，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)，其振蕩范圍為0.001Hz300KHz。 三、系統(tǒng)工作原理與分析 3.1、ICL8038的應(yīng)用 ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時(shí)產(chǎn)生和輸出正弦波、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形；改變外接電阻、電容值可改變，輸出信號的頻率范圍可為0.001Hz300KHz；正弦信號輸出失真度為1%；三角波輸出的線性度小于0.1%；占空比變化范圍為2%98%；外接電壓可以調(diào)制或控制輸出信號的頻率和占空比（不對稱度）；頻率的溫度穩(wěn)定度（典型值）為120*10-6（ICL8038ACJD）250*10-6（ICL8038CCPD）；對于電源，單電源（V+）：+10+30V，雙電源（+V）（V-）：5V15V。圖1-2是管腳排列圖，圖1-2是功能框圖。8038采用DIP-14PIN封裝，管腳功能如表1-1所示。 3.2、ICL8038內(nèi)部框圖介紹 函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如圖虛線框內(nèi)所示（圖1-1），共有五個(gè)組成部分。兩個(gè)電流源的電流分別為IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；兩個(gè)電壓比較器和的閾值電壓分別為 和 ，它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓uC，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和 端；RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和 用來控制開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)對電容C的充、放電；充點(diǎn)電流Is1、Is2的大小由外接電阻決定。當(dāng)Is1=Is2時(shí)，輸出三角波，否則為矩尺波。兩個(gè)緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。 3.3、內(nèi)部框圖工作原理 當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時(shí)，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器和的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器的 ，輸出Q=0， ； 使開關(guān)S斷開，電流源IS1對電容充電，充電電流為 IS1=I 因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長而線性上升。 當(dāng)上升為VCC/3時(shí)，電壓比較器輸出為高電平，此時(shí)RS觸發(fā)器的 ，S=0時(shí)，Q和 保持原狀態(tài)不變。 一直到上升到2VCC/3時(shí)，使電壓比較器的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí)RS觸發(fā)器的 時(shí)，Q=1時(shí)， ，導(dǎo)致開關(guān)S閉合，電容C開始放電，放電電流為IS2-IS1=I因放電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長而線性下降。 起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)的S端從高電平躍變?yōu)榈碗娖剑?，其輸出不變。 一直到uC下降到VCC/3時(shí)，使電壓比較器的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí) ，Q=0， ，使得開關(guān)S斷開，電容C又開始充電，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為三角波，Q和 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。 結(jié)論：改變電容充放電電流，可以輸出占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。但是，當(dāng)輸出不是方波時(shí)，輸出也得不到正弦波了。 3.4、方案電路工作原理（見圖1-7） 當(dāng)外接電容C可由兩個(gè)恒流源充電和放電，電壓比較器、的閥值分別為總電源電壓（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I2I1。當(dāng)觸發(fā)器的輸出為低電平時(shí)，恒流源I2斷開，恒流源I1給C充電，它的兩端電壓UC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)達(dá)到電源電壓的確2/3時(shí)，電壓比較器I的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，恒流源I2接通，由于I2I1（設(shè) I2=2I1），I2將加到C上進(jìn)行反充電，相當(dāng)于C由一個(gè)凈電流I放電，C兩端的電壓UC又轉(zhuǎn)為直線下降。當(dāng)它下降到電源電壓的1/3時(shí)，電壓比較器輸出電壓便發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出為方波，經(jīng)反相緩沖器由引腳9輸出方波信號。C上的電壓UC，上升與下降時(shí)間相等（呈三角形），經(jīng)電壓跟隨器從引腳3輸出三角波信號。將三角波變?yōu)檎也ㄊ墙?jīng)過一個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)（正弦波變換器）而得以實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)三角波的兩端變?yōu)槠交恼也?，?腳輸出。 其中K1為輸出頻段選擇波段開關(guān)，K2為輸出信號選擇開關(guān)，電位器W1為輸出頻率細(xì)調(diào)電位器，電位器W2調(diào)節(jié)方波占空比，電位器W3、W4調(diào)節(jié)正弦波的非線性失真。 圖1-1 3.5、兩個(gè)電壓比較器的電壓傳輸特性如圖1-4所示。 圖1-4 3.6、常用接法 如圖（1-2）所示為ICL8038的引腳圖，其中引腳8為頻率調(diào)節(jié)（簡稱為調(diào)頻）電壓輸入端，電路的振蕩頻率與調(diào)頻電壓成正比。引腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，數(shù)值是引腳7與電源+VCC之差，它可作為引腳8的輸入電壓。 如圖（1-5）所示為ICL8038最常見的兩種基本接法，矩形波輸出端為集電極開路形式，需外接電阻RL至+VCC。在圖(a)所示電路中，RA和RB可分別獨(dú)立調(diào)整。在圖(b)所示電路中，通過改變電位器RW滑動的位置來調(diào)整RA和RB的數(shù)值。 圖1-5 當(dāng)RA=RB時(shí)，各輸出端的波形如下圖(a)所示，矩形波的占空比為50，因而為方波。當(dāng)RARB時(shí)，矩形波不再是方波，引腳2輸出也就不再是正弦波了，圖(b)所示為矩形波占空比是15%時(shí)各輸出端的波形圖。根據(jù)ICL8038內(nèi)部電路和外接電阻可以推導(dǎo)出占空比的表達(dá)式為 故RA70KHz）產(chǎn)生失真。輸出可實(shí)現(xiàn)0.2V步進(jìn)，峰-峰值擴(kuò)展至026V。 圖1-2 圖 17 六、結(jié)論 通過本篇論文的設(shè)計(jì)，使我們對ICL8038的工作原理有了本質(zhì)的理解，掌握了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備。可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 七、參考文獻(xiàn) 【1】謝自美電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試（第三版）武漢：華中科技大學(xué)出版社。2000年7月 【2】楊幫文新型集成器件家用電路北京：電子工業(yè)出版社，2002.8 【3】第二屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎作品選編。北京：北京理工大學(xué)出版社，1997. 【4】李炎清畢業(yè)論文寫作與范例廈門：廈門大學(xué)出版社。2006.10 【5】潭博學(xué)、苗江靜集成電路原理及應(yīng)用北京：電子工業(yè)出版社。2003.9 【6】陳梓城家用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試北京：中國電力出版社。2006關(guān)鍵詞：信號發(fā)生器；方波信號；電路仿真；遲滯比較器O 引 言 信號發(fā)生器一般指能自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。這里，采用分立元件設(shè)計(jì)出能夠產(chǎn)生3種常用實(shí)驗(yàn)波形的信號發(fā)生器，并確定了各元件的參數(shù)，通過調(diào)整和模擬輸出，該電路可產(chǎn)生頻率低于10 Hz的3種信號輸出，具有原理簡單、結(jié)構(gòu)清晰、費(fèi)用低廉的優(yōu)點(diǎn)。該電路已經(jīng)用于實(shí)際電路的實(shí)驗(yàn)操作。1 波形轉(zhuǎn)換原理11 方波和三角波的產(chǎn)生 方波一三角波一正弦波信號發(fā)生器電路由運(yùn)算放大器電路及分立元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它利用比較器產(chǎn)生方波輸出；方波通過積分產(chǎn)生三角波輸出。12 利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波-正弦波的變換 波形變換原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示。由圖2可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度Uim應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。2 電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整 根據(jù)設(shè)計(jì)功能，電路的設(shè)計(jì)過程分為正弦波、方波、三角波3部分。21 方波與三角波的產(chǎn)生及轉(zhuǎn)換電路 圖3中U1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。運(yùn)算放大器U2與電阻Rp2及電容構(gòu)成積分電路，用于將U1電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。 方波部分與三角波部分的參數(shù)確定如下： 根據(jù)性能指標(biāo)可知，由可見，f與C成正比，若要得到l10 Hz輸出，C=10F；若要得到10100 Hz輸出，C=1F。此時(shí)，R4+Rp2=7575 k，若取R4=51 k，則Rp2=2.4 k或者Rp2=699 k，因?yàn)镽p2=100 k時(shí)， 根據(jù)輸出的三角形幅值5 V和輸出的方波幅值14 V，若有：R2(R3+Rp1)14=5R2(R3+Rp1)=514時(shí)，R2=10 k，則有Rp1XXXXXX47 k，R3=20 k。根據(jù)方波的上升時(shí)間為2 ms，可以選擇74141型號的運(yùn)放。由此可得調(diào)整電阻為： 22 正弦波產(chǎn)生電路 正弦波產(chǎn)生電路如圖4所示。由于選取差分放大電路對三角波一正弦波進(jìn)行變換，選擇KSP2222A型的管，其靜態(tài)曲線圖像如圖5所示。根據(jù)KsP2222A的靜態(tài)特性曲線，選取靜態(tài)工作區(qū)的中心靜態(tài)電流和電壓分別為： 因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)已經(jīng)確定，所以靜態(tài)電流變成已知。根據(jù)KVL方程可計(jì)算出鏡像電流源中各個(gè)電阻值的大小： 23 系統(tǒng)集成 把各分電路集中在一塊電路板上，共用電源和接地端后，整個(gè)信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)變得緊湊美觀，集成電路圖如圖6所示。3 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析31 模擬結(jié)果 利用Multisim軟件畫出電路圖，在相應(yīng)點(diǎn)接上示波器，模擬電路結(jié)果。 改變Rp2的值，由24 k變?yōu)?6 k的輸出結(jié)果對比如下。32 結(jié)果分析 (1)頻率范圍 為便于測量，將電路圖上的方波信號接入示波器，并合上C1=10F的開關(guān)，斷開C2=1F的開關(guān)，然后調(diào)節(jié)Rp2并測出此時(shí)方波信號頻率的變化范圍；斷開C1的開關(guān)，合上C2的開關(guān)，按照同樣的方法調(diào)節(jié)Rp2，并記錄方波信號頻率的變化范圍，結(jié)果如表1所示。電路的三種輸出波形對比如圖7所示。 (2)輸出電壓 方波信號接入示波器，調(diào)節(jié)Rpl，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信號并接入三角波信號，調(diào)節(jié)Rp1，測得三角波峰峰值Upp=5 V；將正弦波信號接入示波器，調(diào)節(jié)Rp3和Rp4，測得正弦波峰峰值Upp=28 V。4 結(jié) 語 函數(shù)信號發(fā)生器的性能指標(biāo)主要取決于元器件的選擇以及電路元器件參數(shù)的選擇。在電路中接入示波器將對電路的負(fù)載匹配產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響波形輸出。該設(shè)計(jì)中采用MuItisim軟件對設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行模擬，對結(jié)果進(jìn)行了仿真，電路可產(chǎn)生低于10 Hz的三種信號波形，輸出電壓可以達(dá)到合理范圍，該電路已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)操作中。 函數(shù)波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 函數(shù)信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。通過對函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。 本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，先通過比較器產(chǎn)生方波，再通過積分器產(chǎn)生三角波，最后通過差分放大器形成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。 經(jīng)過仿真得出了方波、三角波、正弦波、方波三角波轉(zhuǎn)換及三角波正弦波轉(zhuǎn)換的波形圖。 關(guān)鍵字：函數(shù)信號發(fā)生器、集成運(yùn)算放大器、晶體管差分放 設(shè)計(jì)目的、意義 1 設(shè)計(jì)目的 （1）掌握方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的原理及設(shè)計(jì)方法。 （2）掌握遲滯型比較器的特性參數(shù)的計(jì)算。 （3）了解單片集成函數(shù)發(fā)生器8038的工作原理及應(yīng)用。 （4）能夠使用電路仿真軟件進(jìn)行電路調(diào)試。 2 設(shè)計(jì)意義 函數(shù)發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。 在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時(shí)，都學(xué)要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、宇航等領(lǐng)域。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： 1.1課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 （1）該發(fā)生器能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波。 （2）函數(shù)發(fā)生器以集成運(yùn)放和晶體管為核心進(jìn)行設(shè)計(jì) （3）指標(biāo)： 輸出波形：正弦波、三角波、方波 頻率范圍：1Hz10Hz，10Hz100Hz 輸出電壓：方波VP-P24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P1V； （4）對單片集成函數(shù)發(fā)生器8038應(yīng)用接線進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.2課程設(shè)計(jì)的要求 （1）提出具體方案 （2）給出所設(shè)計(jì)電路的原理圖。 （3）進(jìn)行電路仿真，PCB設(shè)計(jì)。 2 函數(shù)波形發(fā)生器原理 2.2函數(shù)波形發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。 產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法3。 由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。 2.3函數(shù)波形發(fā)生器各組成部分的工作原理 2.3.1方波發(fā)生電路的工作原理 此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖2.3中實(shí)線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩4。 2.3.2方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖2.2方波三角波產(chǎn)生電路 工作原理如下： 若a點(diǎn)斷開，整個(gè)電路呈開環(huán)狀態(tài)。運(yùn)算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+ Vcc,則 (2.1) 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia_為 (2.2) 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 (2.3) 比較器的門限寬度： (2.4) 由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖2.3所示。 a點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如圖2.4所示。 a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為： (2.8) 方波-三角波的頻率f為： (2.9) 由以上兩式(2.8)及(2.9)可以得到以下結(jié)論： (1) 電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。 (2) 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。 電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率3。 圖2.3比較器的電壓傳輸特性 圖2.4方波與三角波波形關(guān)系 2.3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 如圖2.5三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。 差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性1。 圖2.5 三角波正弦波的變換電路 分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為： (2.10) (2.11) 式中 差分放大器的恒定電流； 溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)， 26mV。 如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為 (2.12) 式中 Um三角波的幅度； T三角波的周期。 為使輸出波形更接近正弦波，由圖2.6可見： （1）傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好。 （2）三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。 （3）圖2.7為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形2。 圖2.6三角波正弦波變換原理 圖2.7三角波正弦波變換電路 2.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算 2.4.1方波-三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一） 實(shí)物連線中，我們一開始很長時(shí)間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時(shí)可出來波形）換成0.1uf時(shí)，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。 2.4.2三角波正弦波部分的計(jì)算 比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下： 由式（2.8）得 即 取 ，則 ，取 ，RP1為47K的點(diǎn)位器。取平衡電阻 由式（2.9） 即 當(dāng) 時(shí)，取 ，則 ，取 ，為100K電位器。當(dāng) 時(shí) ，取 以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻 。 三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取 ，濾波電容 視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多， 可取得較小， 一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。 2.5 總電路圖 先通過比較器產(chǎn)生方波，再通過積分器產(chǎn)生三角波，最后通過差分放大器形成正弦波。如圖2.5.1所示， 圖2.5.1三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路 2.6 8038單片集成函數(shù)發(fā)生器 2.6.1 8038的工作原理 8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發(fā)器等組成。其內(nèi)部原理電路框圖和外部引腳排列1. 正弦波線性調(diào)節(jié)；2. 正弦波輸出；3. 三角波輸出；4. 恒流源調(diào)節(jié)；5. 恒流源調(diào)節(jié)；6. 正電源；7. 調(diào)頻偏置電壓；8. 調(diào)頻控制輸入端；9. 方波輸出（集電極開路輸出）； 10. 外接電容；11. 負(fù)電源或接地；12.正弦波線性調(diào)節(jié)；13、14. 空腳 在圖2.8中，電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/3（ 其中VR=VCC+VEE），電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時(shí)，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓vC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)vC上升到vC=2VR/3 時(shí)，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出Q端由低電平變?yōu)楦唠娖?，控制開關(guān)S使電流源I2接通。由于I2I1 ，因此電容C放電，vC隨時(shí)間線性下降。當(dāng)vC下降到vCVR/3 時(shí)，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖剑琁2再次斷開，I1再次向C充電，vC又隨時(shí)間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。若I2=2I1 ，vC上升時(shí)間與下降時(shí)間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波，經(jīng)緩沖器輸出到腳9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。當(dāng)I1I22I1 時(shí)，vC的上升時(shí)間與下降時(shí)間不相等，管腳3輸出鋸齒波。因此，8038能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波等四種不同的波形。 圖2.8中的觸發(fā)器，當(dāng)R端為高電平、S端為低電平時(shí)，Q端輸出低電平；反之，則Q端為高電平。 2.6.2 8038構(gòu)成函數(shù)波形發(fā)生器 由圖2.9可見，管腳8為調(diào)頻電壓控制輸入端，管腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，其值（指管腳6與7之間的電壓）是(VCC+VEE/5) ，它可作為管腳8的輸入電壓。此外，該器件的方波輸出端為集電極開路形式，一般需在正電源與9腳之間外接一電阻，其值常選用10k?左右，如圖2.10所示。當(dāng)電位器Rp1動端在中間位置，并且圖中管腳8與7短接時(shí)，管腳9、3和2的輸出分別為方波、三角波和正弦波。電路的振蕩頻率f約為0.3/C(R1+RP1/2) 。調(diào)節(jié)RP1、RP2可使正弦波的失真達(dá)到較理想的程度。 在圖2.10中，當(dāng)RP1動端在中間位置，斷開管腳8與7之間的連線，若在+VCC與-VEE之間接一電位器，使其動端與8腳相連，改變正電源+VCC與管腳8之間的控制電壓（即調(diào)頻電壓），則振蕩頻率隨之變化，因此該電路是一個(gè)頻率可調(diào)的函數(shù)發(fā)生器。如果控制電壓按一定規(guī)律變化，則可構(gòu)成掃頻式函數(shù)發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 摘要 函數(shù)信號發(fā)生器是一種能能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途?，F(xiàn)在我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。我們通過對電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng)濟(jì)、最方便、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略。按照設(shè)計(jì)的方案選擇具體的原件，焊接出具體的實(shí)物圖，并在實(shí)驗(yàn)室對焊接好的實(shí)物圖進(jìn)行調(diào)試，觀察效果并與課題要求的性能指標(biāo)作對比。最后分析出現(xiàn)誤差的原因以及影響因素。 關(guān)鍵字：方案確定、參數(shù)計(jì)算、調(diào)試、誤差分析。 1.1問題的提出 設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器使得能夠產(chǎn)生發(fā)波、三角波、正弦波。 1、 主要技術(shù)指標(biāo) 頻率范圍 10Hz100Hz，100Hz1000Hz，1kHz10kHz 頻率控制方式 通過改變RC時(shí)間常數(shù)手控信號頻率 通過改變控制電壓Uc實(shí)現(xiàn)壓控頻率VCF 輸出電壓 正弦波Upp3 V 幅度連續(xù)可調(diào); 三角波Upp5 V 幅度連續(xù)可調(diào); 方波Upp14 V 幅度連續(xù)可調(diào). 波形特性 方波上升時(shí)間小于2s； 三角波非線性失真小于1%； 正弦波諧波失真小于3%。 2、 設(shè)計(jì)要求 （1） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實(shí)驗(yàn)室條件自選方案設(shè)計(jì)出原理電路圖，分析工作原理，計(jì)算元件參數(shù)。 （2） 列出所有元、器件清單報(bào)實(shí)驗(yàn)室備件。 （3） 安裝調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 （4） 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 1.2基本原理 1、 函數(shù)發(fā)生器的組成 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。 1.3提出解決問題的方案及選取 1、三角波變換成正弦波 由運(yùn)算放大器單路及分立元件構(gòu)成，方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器電路組成如圖1所示，由于技術(shù)難點(diǎn)在三角波到正弦波的變換，故以下將詳細(xì)介紹三角波到正弦波的變換。 圖1 （1） 利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波正弦波的變換 波形變換的原理是利用差分放大器的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示。由圖可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。 圖2 方案一：用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器 （2） 用二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波正弦波的變換 二極管折線近似電路 圖3 根據(jù)二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波正弦波的變換的原理圖，可得其輸入、輸出特性曲線如入3所示。 頻率調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)時(shí)，可先按三個(gè)頻率段給定三個(gè)電容值：1000pF、0.01f、0.1F然后再計(jì)算R的大小。手控與壓控部分線路要求更換方便。為滿足對方波前后沿時(shí)間的要求，以及正弦波最高工作頻率（10kHz）的要求，在積分器、比較器、正弦波轉(zhuǎn)換器和輸出級中應(yīng)選用Sr值較大的運(yùn)放（如LF353）。為保證正弦波有較小的失真度，應(yīng)正確計(jì)算二極管網(wǎng)絡(luò)的電阻參數(shù)，并注意調(diào)節(jié)輸出三角波的幅度和對稱度。輸入波形中不能含有直流成分。 方案二：用二極管折線近似電路以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器 （3）圖是由A741和5G8038組成的精密壓控震蕩器，當(dāng)8腳與一連續(xù)可調(diào)的直流電壓相連時(shí)，輸出頻率亦連續(xù)可調(diào)。當(dāng)此電壓為最小值（近似為0）時(shí)。輸出頻率最低，當(dāng)電壓為最大值時(shí)，輸出頻率最高；5G8038控制電壓有效作用范圍是03V。由于5G8038本身的線性度僅在掃描頻率范圍10：1時(shí)為0.2%，更大范圍（如1000：1）時(shí)線性度隨之變壞，所以控制電壓經(jīng)A741后再送入5G8038的8腳，這樣會有效地改善壓控線性度（優(yōu)于1%）。若4、5腳的外接電阻相等且為R，此時(shí)輸出頻率可由下式?jīng)Q定： f=0.3/RC4 設(shè)函數(shù)發(fā)生器最高工作頻率為2kHz，定時(shí)電容C4可由上式求得。 電路中RP3是用來調(diào)整高頻端波形的對稱性，而RP2是用來調(diào)整低頻端波形的對稱性，調(diào)整RP3和RP2可以改善正弦波的失真。穩(wěn)壓管VDz是為了避免8腳上的負(fù)壓過大而使5G8038工作失常設(shè)置的。 尐孓/aiq賊壊 2008-06-23 09:16 您已經(jīng)評價(jià)過！好:0 您已經(jīng)評價(jià)過！不好:0 方案三：用單片集成函數(shù)發(fā)生器5G8038 可行性分析： 上面三種方案中，方案一與方案二中三角波正弦波部分原理雖然不一樣，但是他們有共通的地方就是都要認(rèn)為地搭建波形變換的電路圖。而方案三采用集成芯片使得電路大大簡化，但是由于實(shí)驗(yàn)室條件和成本的限制，我們首先拋棄的是第三種方案，因?yàn)樗菭奚顺杀緛頁Q取的方便。其次是對方案一與方案二的比較，方案一中用的是電容和電阻運(yùn)放和三極管等電器原件，方案二是用的二極管、電阻、三極管、運(yùn)放等電器原件，所以從簡單而且便于購買的前提出發(fā)我們選擇方案一為我們最終的設(shè)計(jì)方案。 1.4參數(shù)的確定 1、 從電路的設(shè)計(jì)過程來看電路分為三部分：正弦波部分方波部分三角波部分 2、 正弦波部分 由于我們選取差分放大電路對三角波正弦波 進(jìn)行變換，首先要完成的工作是選定三極管，我 們現(xiàn)在選擇KSP2222A型的三極管，其靜態(tài)曲線圖 像如右圖所示。 根據(jù)KSP2222A的靜態(tài)特性曲線，選取靜態(tài) 工作區(qū)的中心 由直流通路有： 20 k k 因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)已經(jīng)確定，所以靜態(tài)電流變成已知。根據(jù)KVL方程可計(jì)算出鏡像電流源中各個(gè)電阻值的大?。?可得 3、 方波部分與三角波部分參數(shù)的確定 根據(jù)性能指標(biāo)可知 由 ,可見f與c成正比，若要得到1Hz10Hz，C為10 。10Hz100Hz,C為1 。 則 =7.5k 75k ，則 =5.1k