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1、- 1 -学号 20080602050109 密级_兰州城市学院本科毕业论文高精度函数信号发生器的设计学 院 名 称：培黎工程技术学院专 业 名 称：电子信息科学与技术学 生 姓 名：何鑫指 导 教 师 ：刘子江 教授二一二年六月- 2 -Design of function generator with high precisionCollege：Pei Li school of engineering and technologySubject：Electronic information science and technologyName：HeXinDirected by ：LiuZi
2、Jiang ProfessorJune 2012- 3 -郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： - 4 -摘 要函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。它根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是
3、分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。本设计主要是通过运算放大器，差分放大器来实现方波转换成三角波，再将三角波转换成正弦波。设计时主要通过 EWB 软件来实现仿真。关键词：函数信号发生器、误差分析、正弦波、三角波、方波- 5 -Design of Function generator AbstractMulti-waveform signal generator is indus
4、trial production, product development, scientific research in areas such as the necessary tools, it generates sawtooth and sine wave, rectangular wave, triangle wave is the basic test signals commonly used. It according to different purposes, there have three or more of the function generator wavefo
5、rms, the circuit device can be used in the separation device, the device can also be integrated to produce square wave, sine wave, triangle wave has a variety of programs, Have a sine wave such as the first, according to a cyclical and non-sine wave of a sine wave was determined by the function, and
6、 then through the shaping circuit into a square wave to sine wave, after integration into the circuit after the triangular wave. Can also have a triangular wave - square, triangle or square wave and then into a sine wave. This design mainly through operational amplifiers, differential amplifiers to
7、achieve a square wave into a triangle, then triangle into a sine wave.Designed primarily to achieve through the EWB simulation software. Keyword：square signalgenerator, error analysis, sine wave, rectangular wave, triangle wave目 录第一章 引言 .- 1 -第二章 函数信号发生器设计要求及过程 .- 2 -2.1 函数信号发生器设计要求 .- 2 -2.2 函数信号发生
8、器电路设计的基本原理 .- 2 -2.3 运算放大器的介绍 .- 2 -2.3.1 迟滞电压比较器 .- 3 -2.3.2 积分电路.- 5 -2.4 差分放大器的介绍 .- 6 -第三章 总体电路设计 .- 7 -3.1 方波 三角波产生电路的设计 .- 7 -3.2 三角波 正弦波变换电路的设计 .- 12 -第四章 函数信号发生器的仿真 .- 14 -4.1 函数信号发生器的仿真过程及结果 .- 14 -4.1.1 使用 EWB 对电路进行设计和实验仿真的基本步骤 .- 15 -4.1.2 方波 三角波信号发生器电路的装调及仿真结果 .- 15 -4.1.3 三角波 正弦波变换电路的装调
9、和仿真 .- 16 -参考文献 .- 20 -致谢 .- 21 - 1 -第一章 引言信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在 20 年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40 年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到 1964 年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自 60 年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子
10、技术，由分立元件或模拟集成电路构成，能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。函数信号发生器是一种常用信号源，它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。它能够产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形，因其时间波形可用某种时间函数来描述而得名。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应用。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频） 、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。信号发
11、生器的应用非常广泛，种类繁多。首先，信号发生器可以分通用和专用两大类，专用信号发生器主要为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、脉冲编码信号发生器等。这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波信号发生器、脉冲波信号发生器、函数发生器和任意波发生器等。再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。但也可以通过频率合成技术来获得所需频率。利用频率合成技术制成的信号发生器，通常被称为合成信号发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数信号发生器，使用的
12、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） ，也可以是集成电路（如单片- 2 -集成电路函数信号发生器 ICL8038） 。本课题主要介绍由集成运算放大器与晶体差分放大器组成的方波三角波正弦波函数信号发生器的设计方法。第二章 函数信号发生器设计要求及过程2.1 函数信号发生器设计要求1. 频率调节部分技术要求：（1）输出信号频率1Hz到100Hz可调。实现（1Hz-10Hz，10Hz-100Hz）频段连续可调。（2）频率稳定度不劣于10 42. 输出波形部分技术要求（1）方波输出信号的峰峰值 ；VpU2(2)三角波输出信号幅度峰峰值 ；8(3)正弦波输出信号的峰峰值
13、。12.2 函数信号发生器电路设计的基本原理产生正弦波、方波和三角波的方案有很多种，比如先产生正弦波，然后通过整形电路的正弦波变换成方波，再由积分电路将方波转换成三角波；也可以先产生三角波 方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变换成正弦波等等。本课题研究先产生方波 三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，其电路组成如图 1所示： 图 1.1 函数信号发生器组成框图2.3 运算放大器的介绍集成运算放大器是一种十分理想的增益器件，常 简 称 为 运 放 ， 是 具 有 很 高 放 大 倍数 的 电 路 单 元 ， 在 实 际 电 路 中 ， 通 常 结 合 反 馈 网 络 共 同 组 成 某
14、 种 功 能 模 块 ， 运 放- 3 -是 一 个 从 功 能 的 角 度 命 名 的 电 路 单 元 ， 可 以 由 分 立 的 器 件 实 现 ， 也 可 以 实 现 在 半导 体 芯 片 当 中 。 随 着 半 导 体 技 术 的 发 展 ， 如 今 绝 大 部 分 的 运 放 是 以 单 片 的 形 式 存在 。 现 今 运 放 的 种 类 繁 多 ， 广 泛 应 用 于 几 乎 所 有 的 行 业 当 中 。尤其在模拟集成电路中，它的应用最广，几乎涉及模拟信号处理的各个领域。本设计中应用到的集成运算放大器是迟滞电压比较器和积分电路，下面将它们一一介绍：2.3.1 迟滞电压比较器电压比较器（Vol
