函数信号发生器设计与制作报告.docx

青海省第四届大学生电子设计竞赛设计报告编号目：B函数信号发生器设计与制作报告目录一、设计要求- 3 -二、设计的作用、目的- 3 -三、性能指标- 3 -四、设计方案的选择及论证- 3 -五、函数发生器的具体方案- 3 -1. 总的原理框图及总方案- 3 -2.各组成部分的工作原理- 3 -2.1 方波发生电路- 3 -2.2三角波发生电路- 3 -2.3　正弦波发生电路- 3 -2.4在Multisim 10.1中可得到图所示的波形- 3 -六、实验结果分析- 3 -七、实验总结- 3 -八、参考资料- 3 -九、附录：5v稳压电源- 3 -一、设计要求1. 信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形。2. 输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调。3. 在1kΩ负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；4. 输出信号波形无明显失真。5. 自制稳压电源。二、设计的作用、目的1. 掌握函数信号发生器工作原理。2. 熟悉集成运放的使用。3. 熟悉Multisim软件。三、性能指标1．输出波形：正弦波、方波、三角波等；2．频率范围：10～100Hz、100～1kHz；3．输出电压：正弦波0U5V；四、设计方案的选择及论证函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。1. 方案一由555定时器所构成的多谐振动器产生方波, 方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。采用分立器件实现电路组成，主要的部件电压比较器、积分运算电路、差分放大电路、选择开关、电位器和一些电容、电阻组成。该方案由三级单元电路组成的，第一级单元可以产生方波，第二级可以产生三角波，第三级可以产生正弦波，通过第二级的选择开关可以实现频率波段的转换，通过对差分放大电路部分元器件的调节来改善正弦波产生的波形。 2. 方案二采用集成电路实现，主要部件有高速运算放大器LM318、单片函数发生器模块5G8038、选择开关、电位器和一些电容、电阻组成。该方案通过调节不同电位器可调节函数发生器输出振荡频率大小、占空比、正弦波信号的失真，可产生精度较高的方波、三角波、正弦波，且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。3.方案比较与选择方案二采用芯片虽然精度较高，温度稳定性和频率稳定性比较好，而它们只能产生300kHz以下的中低频正弦波、矩形波和三角波，且频率与占空比不能单独调节，从而给使用带来很大不便，也无法满足高频精密信号源的要求。由于,555定时器所构成的多谐振动器产生方波是一种和常用的信号产生器，很具有实用价值，同时，也很容易买到，同时选用改进的555多谐振荡形式产生方波可以通过调节可调电阻的阻值来调节产生方波的频率，产生的方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，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。综上所述，我个人认为，选择第一种方案。用改进过的555多谐振荡形式产生方波，经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。五、函数发生器的具体方案1. 总的原理框图及总方案图1.1.1函数信号发生器原理图多波形信号发生器方框图如图1.1.1所示。本课题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。并采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法：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。设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线性区要窄，输入的三角波的的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。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。2.各组成部分的工作原理 2.1 方波发生电路从一般原理来分析,可以在滞回比较器电路的基础上,靠正反馈和RC充放电回路组成矩形波发生电路,由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态，高电平或低电平，两种不同的输出电平式RC电路进行充电和放电，于是电容上的电压降升高或降低，而电容的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变成放电过