多功能信號發(fā)生器的設(shè)計與仿真 金牌.doc

多功能信號發(fā)生器的設(shè)計與仿真姓名： 學(xué)號：班級： 學(xué)院： 摘 要: 針對經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足的特點(diǎn), 利用集成運(yùn)算放大器 LM301, 設(shè)計出能產(chǎn)生正弦、 三角、 方波、 梯形、 鋸齒波和尖頂波等多種波形的函數(shù)信號發(fā)生器, 且通過仿真很好地得到了各種波形。該函數(shù)信號發(fā)生器能滿足一般的實(shí)驗(yàn)及演示的需要, 并且成本很低, 操作簡潔方便, 具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞: 集成運(yùn)算放大器; 三角波; 正弦波; 方波; 函數(shù)信號發(fā)生器Design and Simulation of Function Signal GeneratorAbstract: Aiming at characteristics of economic shortage in western, LM301 integrated operational amplifier circuit designis developed which can produce sine, triangular, square, trapezoidal, sawtooth waveform and other steeple wave of function signal generator. It can satisfy the needs of the experiments and demonstration by simulating, and the cost is low, operation succinct convenient.Keywords: integrated operational amplifier; triangular wave; sine wave; square wave; function signal generator一、前言信號發(fā)生器是實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)備之一， 目前廣泛使用的是一些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,雖然功能齊全、 性能指標(biāo)較高, 但是價格較貴, 而且許多功能用不上。該設(shè)計以集成運(yùn)算放大器為應(yīng)用核心, 通過添加外圍器件使之形成運(yùn)算、正反饋電路, 并滿足振蕩條件, 產(chǎn)生一定的波形, 最后利用差分電路的傳輸特性將方波轉(zhuǎn)換為正弦波。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、 體積小、 于攜帶等特點(diǎn), 雖然功能及性能指標(biāo)趕不上標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器,但足以滿足一般的實(shí)驗(yàn)要求。1.設(shè)計目的：（1）掌握信號發(fā)生器的設(shè)計方法和測試技術(shù)。（2）了解單片函數(shù)發(fā)生器ICL8038的工作原理和應(yīng)用，了解8038內(nèi)部組成原理。用模擬器件模擬電路。（3）學(xué)會安裝和調(diào)試分立元件與集成電路組成的多級電子電路小系統(tǒng)。（4）在給定的 +12 V 直流電源電壓條件下, 使用運(yùn)算放大器設(shè)計并制作一個函數(shù)信號發(fā)生器。（5）具有產(chǎn)生正弦波、 方波、 三角波三種周期性波形的功能。 (6) 輸出波形的頻率范圍 1 10 kHz 重復(fù)頻率可調(diào),頻率步進(jìn)間隔=50 Hz。(7)輸出波形幅度范圍: 方波: Vp-p =24 V , 三角波:Vp-p 1 V（方波上升和下降時間 = 10 ms, 三角波失真度 =2%,正弦波失真度 = 5%, 同時, 可按一定的步進(jìn) = 01 2 V( 峰-峰值) 調(diào)整。）(8) 具有信號大衰減功能, 可以把輸出電壓衰減 0.01 倍。(9) 利用占空比可調(diào)節(jié), 可產(chǎn)生一些其他的波形。2.設(shè)計思路：采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、 結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),先由積分器和比較器同時產(chǎn)生三角波和方波, 其中比較器起開關(guān)的作用, 將具有正、 負(fù)極性的電位交替地反饋到積分器, 通過積分得到三角波。用單片集成芯片ICL8038實(shí)現(xiàn)，但這種方案要求幅度和頻率都可調(diào)，可采用數(shù)字電位器加程控放大器實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過分析, 本電路的優(yōu)點(diǎn)有:( 1) 線性良好、 穩(wěn)定性好。( 2) 頻率易調(diào)。在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi), 可以方便地連續(xù)地改變頻率, 而且頻率改變時, 幅度恒定不變。( 3) 三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù), 易于變換其他波形。同時差分放大電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定、 輸入阻抗高, 抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。利用差分放大器的差模傳輸特性曲線具有非線性, 來進(jìn)行電路波形的變換。圖1 信號產(chǎn)生方框圖二、器件簡介ICL8038電路是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路。通過調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)還可以產(chǎn)生占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。因此，可以使用ICL8038器件或其電路原理設(shè)計電路，模擬出設(shè)計要求的多向可調(diào)簡易多功能信號電路。緩沖電路是電壓跟隨器，緩沖電路是反相器，用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，以提高負(fù)載能力；電壓比較器和電壓比較器的閥值電壓分別為2/3 VCC和1/3VCC，它們的輸入電壓為電容C 兩端的電壓，它們的輸出電壓分別控制RS 觸發(fā)器的置位端和復(fù)位端；為得到在比較寬的頻率范圍內(nèi)由三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換，內(nèi)設(shè)一個由電阻與晶體管組成的折線近似轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)（正弦波變換器），得到較低失真的正弦信號輸出；RS 觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端用來控制電子模擬開關(guān)S，以實(shí)現(xiàn)對電容的充放電功能。圖2 ICL8038原理框圖圖3 ICL8038實(shí)物管腳圖三、硬件設(shè)計（元器件參數(shù)要有具體值，參數(shù)的計算方法）根據(jù)電路原理，可設(shè)計出以下可以實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計要求的電路原理圖：在圖4所示電路中，u2、u3和u9分別輸出三角波或鋸齒波、正弦波、方波或矩形波電壓。調(diào)節(jié)電位器RP1可以改變方波的占空比、鋸齒波的上升時間和下降時間；調(diào)節(jié)電位器RP2可以改變輸出信號的頻率；調(diào)節(jié)電位器RP3和RP4可以調(diào)節(jié)正弦波的失真度，兩者要反。此外調(diào)節(jié)電容或其他參數(shù)，皆可以改變輸出信號。圖4 由ICL8038組成的可調(diào)電路圖ICL8038最常見的兩種基本接法圖5和圖6：矩形波輸出端為集電極開路形式，需外接電阻至+。圖5 和可分別獨(dú)立調(diào)整圖6 改變電位器滑動端的位置來調(diào)整和的數(shù)值參數(shù)計算：根據(jù)ICL8038內(nèi)部電路和外接電阻可以推出占空比的表達(dá)式為：；電流源對電容充電，充電電流為Is1=I；電容C放電電流為Is2-Is2=I四、仿真結(jié)果（對仿真結(jié)果要做分析，與理論分析做比較）圖 7 三角波 方波 正弦波輸出圖圖8 方波輸出圖圖9 三角波輸出圖圖10 正弦波輸出圖通過測試的數(shù)據(jù)證明,其三角波、 方波的表現(xiàn)又頗為突出, 通過改變?nèi)遣ǚe分電容和電阻的方法, 還可以將頻率覆蓋進(jìn)一步擴(kuò)展至 10 Hz-100 kHz 左右。五、結(jié)束語（設(shè)計工作總結(jié)）。在多功能信號發(fā)生器的設(shè)計與仿真的設(shè)計中，我遇到了很多不知道的問題，從中讓我體會到了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，怎樣從網(wǎng)絡(luò)上找資料的重要性，如果你只注重理論學(xué)習(xí)而不去