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1、压控函数发生器的设计目 录一、课程设计内容及方框图1 1、课程设计内容1 2、方框图1二、方案选择2三、框内电路设计2（一）各框内电路独立设计2 1、Vix的产生2 2、跟随器：3 3、极性变换：3 4、积分器4 5、比较反馈：6 6、非线性转换器：（即三角波-正弦波）8（二）方波-三角波10（三）小结12四、总图调试12（一）仿真过程12 1、方波-三角波12 2、三角波-正弦波13（二）实验过程13 1、方波-三角波13 2、三角波-正弦波16五、参考文献16六、心得体会17附件18压控函数发生器设计实验报告一、课程设计内容及方框图1、课程设计内容 设计一个压控函数发生器，可以产生方波、正
2、弦波和三角波。 要求：（1）输入为的直流电压，对应输出的函数。 （2）输出的三角波电压为；正弦波为；方波为。2、方框图非线性转换器积分器极性变换跟随器比较反馈 从积分器端输出的三角波：从比较反馈端输出的方波：从非线性转换器输出的正弦波：二、方案选择函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形，其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路，本课程设计主要研究由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波-三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，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；也可以先产生三
3、角波方波，再将三角波变成正弦波或者方波变成正弦波，本课程设计中，采用先产生方波三角波，再将三角波变成正弦波的电路设计方法。由积分器和反馈比较器分别得到三角波、方波，再将三角波输入差分放大器，利用差分放大器传输曲线的非线性特征得到正弦波。三、框内电路设计 （一）各框内电路独立设计1、的产生 对的要求为的直流电压，故采用电阻电位分压方式产生，具体发生电路如图。 因为电源电压为12，故，在此选取，。图2、跟随器： 在同相比例运算电路中，将输入电压的全部反馈到反相输入端，从而使输入电压等于输出电压，即形成电压跟随器，理想运放的开环增益为无穷大，因而电压跟随器有较好的跟随特性。（图）图3、极性变换： 当
4、开关闭合时，且为保证电路对称，。 当开关打开时，。 则为了满足电路的极性变换要求，且。根据以上要求：本课程设计中选取，。 见图。图4、积分器： 如图所示的积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过接地，为“虚地”。 电路中，电容中电流等于电阻中电流，输出电压与电容上电压的关系为，而电容上电压等于其电流的积分，故： 当， 当输入信号为方波时，输出信号为三角波。 图根据以上分析，同时满足设计要求（输出三角波峰峰值为8，频率为），则令，此时对应时刻。由得： 因为设定，故得。图 为使输出波形对称。在低频时，对波形的影响很大。5、比较反馈： 如图所示施密特电路将输入的三角波转换成方波输出，同时利用三极
5、管的开关特性控制机型变化中的开关。具体原理如下： 根据施密特电路的工作原理得：运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换，即：。输出电压由反馈到正相输入端，其中反馈因数。 同时可以得到反馈的上下临界电压分别为： 根据本课程设计的要求，输入的三角波峰峰值为，输出的方波为。则根据上述原理可得：在理想状态下，即忽略管压降的情况下：，但在考虑管压降以及本课程设计的具体要求，实际试验中。然后再经过二极管，由于二极管单向导通的特性，便可得到要求中的方波。图6、非线性转换器：（即三角波-正弦波） 在三角波-正弦波的转换过程中，选用了差分放大器作为转换电路。波形变换的原理是：利用差分对管的饱和与截止特性进行变换
6、。 差分放大器的传输特性曲线：， 式中：，为差分放大器的恒定电流；为温度的电压常量，当室温为时，。 输入为峰峰值为的三角波，设表达式为： = 式中：；为三角波的周期。代入差分放大器的传输特性曲线，则： 为了使输出波形更接近正弦波，要求： （1）传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄； （2）三极管尽可能工作在非线性区，则应使放大器的放大倍数尽可能大，设置较低的静态工作点，同时输入较小的信号。 图为三角波-正弦波的变换电路，其中调节三角波的幅度，调节电路的对称性，为隔直电容。 为了满足上述要求，以及老师对此设计的要求，使，两端电压为 。并考虑实验室所给器件的情况，本课程设计中取： ， ，图（二）
7、方波-三角波： 图为方波-三角波转换电路，图中点输出三角波，点输出方波。图 根据以上对个独立框图电路的设计，由电阻电位分压方式产生的，经电压跟随器和极性转换器，并在的控制下，在点形成了的方波，经过积分电路，在输出三角波，三角波经过施密特电路在点输出方波。 其中，当在变化的过程中，输出信号频率从变化。 由 得： 将代入： 即： 由可知线性相关。（三）小结 根据以上分析，总结试验中所用各电阻及电容的值如下： ,，。四、总图调试（一）仿真过程 1、方波-三角波 根据图利用EWB进行仿真，从示波器中得到的方波-三角波波形，如图。图2、三角波-正弦波 根据图利用EWB仿真，从示波器中显示的三角波-正弦波
8、如图。图（二）实验过程 1、方波-三角波 为了使和尽可能的满足线性关系，实验中给串联接上一个滑动变阻器用以调节和的线性关系。 调节滑动变阻器使，保持接入电路部分的阻值不变，调节滑动变阻器，使输出三角波的频率等于；保持滑动变阻器接入电路部分阻值不变，调节滑动变阻器使，读得此时输出三角波的频率等于。（图4-2-1与图4-2-2为模拟图像，并非实际记录图像）拟合函数图像如下： 其与理论值相比较，误差在其允许范围内。 实验中产生的方波幅值偏小，约左右（见图），与要求值（）不符。检查其原因应为电阻的阻值选取过小，的阻值应为。图改进后：图2、三角波-正弦波在改进型的差分放大电路中，利用来调节正弦波的对称性
9、，来调节正弦波的锐化程度。在实验过称中通过对和的不断调节，来得到较为美观的正弦波。相比方波-三角波的实验过程，正弦波在调试过程中出现的问题较少。但也存在以下两个问题：由于之前原理及仿真部分对于三极管静态工作点设置的误解，导致出现的正弦波严重失真，通过不断地测试、分析，最终得到了较为理想的正弦波。由于负载电阻的阻值选择的太小，导致输出的正弦波幅度仅为几百毫伏。经过对负载电阻的调节最终选择的的大电阻，使输出的正弦波幅值达到，满足实验要求。五、参考文献数字电子技术基础 张申科 崔葛瑾编 电子工业出版社出版模拟电子技术基础（第四版） 华成英 童诗白主编 高等教育出版社出版电子线路设计实验测试（第二版）
10、谢自美主编 华中理工大学出版社出版EWB 9电子设计技术李良荣主编 机械工业出版社出版六、心得体会 通过对压控函数发生器设计原理的学习和实验，充分理解了运算放大器、积分器、施密特电路以及改进型差分放大的工作原理，熟悉了EWB的操作程序，并了解了其仿真过程的优缺点，同时提高了实际的操作能力。 在仿真过程中，由于对软件平台的不熟悉，经常出现线路重叠，有短路或者电路开环的状况出现，通过反复不断地测试修改，逐渐掌握了用EWB画电路图的一些技巧，同时学会了用各种测量仪器去检测电路中出现问题的环节。在具体带参数仿真过程中，了解到了EWB的工作原理，其针对原理仿真，在其中得到的具体数值不能直接应用到实验中。
11、在实验过程中，由于实验室所提供的器件参数不能完全满足理论得出的参数值，在试验过程中不断地更换电阻，尽可能保证参数之间的比例关系，在对参数精度要求高的地方，便利用滑动变阻器进行调节。同时为了保证电路设计的清楚、美观，在接线方面花费了很大部分时间，而且因为实际元件都很小，导线很细，导致偶尔会出现看错行的错误，同时线路接好如果出现错误便很难看出，经过本次试验不断地尝试，终于掌握的在实际中利用仪器检测错误环节的方法，并能到熟练地应用。 总而言之，这一次的实验让我在理论知识和实际操作能力方面都有很的提高。一方面巩固的以前学的课本知识，另一方面为很大程度上提高了自己的动手能力，这对于理工科的学生而言应该是一次很宝贵的实际经验。附件一：器件表电源 1个电容 ，LF353的集成芯片 2个三极管 4个二极管 1个滑动变阻器 ，电阻 ， ，导线 若干附件二：总图
