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1、武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明0目录1 课程设计的初始条件及主要任务 .1 1.1 初始条件.1 1.2 主要任务.1 1.2.1 设计目的.1 1.2.2 设计电路技术要求.1 2 函数发生器的设计方案及比较 .1 2.1 函数发生器的设计原理.1 2.2 各部分的工作原理.2 2.2.1 方波发生电路的工作原理.2 2.2.2 正弦波发生电路的工作原理.3 2.2.3 方波-三角波转换电路的工作原理.3 2.2.4 三角波-正弦波转换电路的工作原理.6 2.3 设计方案及比较.7 2.3.1 设计方案一.7 2.3.2 设计方案二.7 2.3.3 设计方案比较.8 2.3.4
2、 实现方案.8 3 电路的仿真 .9 3.1 方波发生电路的仿真.9 3.2 正弦波发生电路的仿真.10 3.3 方波-三角波发生电路的仿真.10 3.4 三角波-正弦波电路的仿真.11 3.5 正弦波-方波电路仿真.11 4 电路的安装与调试 .11 5 实验测试结果 .12 5.1 方波的输出检测.12 5.2 三角波的输出检测.12 5.3 正弦波的输出检测.13 6 实验总结 .13 7 参考文献 .15武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明1函数发生器电路的设计函数发生器电路的设计1 1 课程设计的初始条件及主要任务课程设计的初始条件及主要任务1.11.1 初始条件初始条件直流
3、可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子 的必备元器件若干。1.21.2 主要任务主要任务1.2.11.2.1 设计目的设计目的设计一个函数发生器的电路，要求可以输出方波、三角波、正弦波等。1.2.21.2.2 设计电路技术要求设计电路技术要求所设计的函数信号发生器的各项技术指标要求如下：输出波形：方波、三角波、正弦波等；频率范围：10Hz1000Hz 范围内可调输出电压：方波24V；PPU三角波= =8V；PPU正弦波1V;PPU要求输出波形振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。2 2 函数发生器的设计方案及比较函数发生器的设计方案及比较2.12.1 函数发生
4、器的设计原理函数发生器的设计原理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也可以采用集成电路。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过比较器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；也可以首先产生方波-三角波，再将三角波由差分变换电路变成正弦波等等。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。波形变换的原理是利用差武汉理工大学专业课程设计
5、（一） 课程设计说明2分放大器传输特性曲线的非线性。2.22.2 各部分的工作原理各部分的工作原理2.2.12.2.1 方波发生电路的工作原理方波发生电路的工作原理产生方波方法可分为两种：第一种先利用迟滞比较器构成的方波发生器产生方波。利用施密特触发器，再增加少量电阻、电容元件以及稳压管即可组成方波发生器。由于方波的频率成分非常丰富，含有大量谐波，故方波又称为多谐振荡器；第二种将比较器和积分器连接组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波输入积分器得到三角波。图 2-1 方波发生电路图在接通电源瞬间，输出电压是正向饱和或是负向饱和是随机的。假设初始输出的电压为负向饱和，即v0=vOL，则加在运算
6、放大器的同相输入端的电压为：（2-OLPVRRRR434 1）而加于反相端的电压由于电容器上的电压vc不能突变，只能有输出电压 v0通过负反馈电阻按指数规律想充电来建立，显然vc3 时可以使电路起振，在调节使=3 可以达到稳幅，输出正3VRFA3VRFA弦波。、在零到 158.4k 范围内可调，=1.6k 可通过调节，的值1VR2VR1R4R1VR2VR而调节频率，从而使输出频率满足 10Hz1000Hz 可调。2.2.32.2.3 方波方波-三角波转换电路的工作原理三角波转换电路的工作原理武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明4图 2-3 方波-三角波转换电路图若 a 点（方波输出点）
7、断开，运算发大器 A1 与、及、组成电压比2R3R4R2RV较器。运放的反相端接基准电压，即 U-=0，同相输入端接输入电压 Uia，R1 称为平衡电阻。比较器的输出 Uo1 的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的 U+=U-=0 时，比较器翻转，输出 Uo1 从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平 Vee 跳到高电平 Vcc。设 Uo1=+Vcc,则 ： （2-312231231()0CCiaRRPRUVURRRPRRRP6）将上式整理，得比较器翻转的下门限单位 Uia-为：（2-223131()CCCCiaRRUVVRRP
8、RRP7）若 Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位 Uia+为：（2-223131()EECCiaRRUVVRRPRRP8）比较器的门限宽度为：武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明5（2-2312HCCiaiaRUUUIRRP9）方波的振幅为：周期 T 为： （2-10）图 2-4 比较器的电压传输特性图运放 A2 与 R1、RV2、C1 及 R5 组成反相积分器，其输入信号为方波 Uo1，则积分器的输出 Uo2 为：（2-21 4221 ()OOUU dtRRP C11）时，（2-1OCCUV 2 422422() ()()CCCC OVVUttRRP CRRP C 12）时，
9、（2-1OEEUV 2 422422() ()()CCEE OVVUttRRP CRRP C 13）mo pURRRU2 132 T131242)(4pp RRCRRRT武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明6可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波。若 a 点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波三角波。三角波的幅度为：（2-2 2 31O mCCRUVRRP14）方波-三角波的频率 f 为：(2-3124224()RRPfR RRP C15)图 2-4 方波-三角波的转换图2.2.42.2.4 三角波三角波-正弦波转换电路的工作原理正弦
10、波转换电路的工作原理图 2-5 三角波-正弦波转换电路三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器具有工作武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明7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，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。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。分析表明，传输特性曲线的表达式为：0 11/1idTCEUUaIIaIe0 22/1idTCEUUaIIaIe式中 /1CEaII差分放大器的恒定电流；0I温度的电压当量，当室温为 25oc 时，UT26mV。 （2-TU16）如果 Uid 为三角波，设表
11、达式为4 443 4mid mUTtTUUTtT022TtTtT 式中 Um三角波的幅度；T三角波的周期。 (2-17)2.32.3 设计方案及比较设计方案及比较2.3.12.3.1 设计方案一设计方案一这种方案为正弦波-方波-三角波转换电路，其中正弦波由 RC 文氏桥振荡电路产生，再通过过零比较器和积分电路一次转换成方波、三角波。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明8图 2-6 正弦波-方波-三角波转换电路2.3.22.3.2 设计方案二设计方案二这种方案为方波-三角波-正弦波转换电路，其中由迟滞比较器产生方波，通过积分电路长生正弦波，再通过差分转换电路输出正弦波。图 2-7 方波-三角波-正弦波转换电路2.3.32.3.3 设计方案比较设计方案比较方案一中首先利用 RC 文氏桥振荡电路产生正弦波，通过调节 RV1、RV2 实现频率可调。同时调节两个电位器保证阻值相等时，由于电位器从零到 158.4k 连续可调，实现了输出频率的连续可调。但是，调节时必须 RV1、RV2 同时调节且保证两个电位器阻值相等，调节较为困难。将正弦波转化为方波时，利用了单门限电压比较器，在理想情况下（运放放大倍
