函数发生器设计浅析.doc

课程设计任务书 学院： 电气工程及其自动化学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 闫晓梅 时间：2014年12 题 目: 函数发生器设计 课程设计目的： 1）掌握电子系统的一般设计方法； 2）培养综合应用所学知识来指导实践的能力； 3）掌握常用元器件的识别和测试； 4）熟悉常用仪表并且了解电路调试的基本办法 。 课程设计内容和要求： 1）输出波形：正弦波、方波、三角波等； 2）频率范围：10Hz～10kHz； 3) 输出电压：方波Up-p=15V，三角波Up-p=5V，正弦波Up-p=3V； 4) 波形特征：方波的上升时间T2ms，三角波失真系数THD1%，正弦波失真系数 THD3%； 5）单元电路设计，进行必要的计算； 初始条件： 恒压源，运算放大器，万用电路板，电容，三极管，开关，导线。 时间安排： 第17周：理论讲解； 第18周：理论设计及实验室安装调试； 第19周：撰写设计报告及答辩。 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘 要 函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、含方波、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。 通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。采用由集成运算放大器与晶体管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，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。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。经过仿真得出了方波、三角波、正弦波、方波。 1. 方案的论证与比较 1．1方案一 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。 1.2 方案二 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。 1．3 方案三 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。本电路可以很好的结合已学的知识与实践，且输出波形幅度及频率均可通过改变元件参数进行调整，方便且成本较低。 综合以上对各个方案优劣势的分析，最终选择了方案三做为本次模拟电子技术课程设计的总设计方案。 2．课程设计的目的和任务 2.1 设计目的 1）掌握电子系统的一般设计方法； 2）培养综合应用所学知识来指导实践的能力； 3）掌握常用元器件的识别和测试； 4）熟悉常用仪表并且了解电路调试的基本办法 。 2.2设计任务 设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器 2.3课程设计的要求及技术指标 1）设计、组装、调试函数发生器； 2）输出波形：正弦波、方波、三角波； 3）频率范围 ：在10Hz－10kHz范围内连续可调 ； 4）输出电压：方波Up-p≤15V，三角波Up－p≤5V，正弦波Up－p≤3V。 3．单元电路原理及设计 3.1 方波发生电路的工作原理 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路