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1、烟台大学文经学院 模电课程设计报告 函数发生器的设计报告 系： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2011年12月 31 日函数发生器实验报告一、函数发生器的总方案及原理框图1、电路设计原理框图 2、电路设计方案设计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。为了进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由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。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
2、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。本课题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。本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 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有差分放大器来完成。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飘移，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。二、设计的目的及任务1、课程设计的目的（1
3、）、掌握电子系统的一般设计方法（2）、掌握模拟IC器件的应用（3）、培养综合应用所学知识来指导实践的能力（4）、掌握常用元器件的识别和测试（5）、熟悉常用仪表，了解电路测试的基本发放2、课程设计的任务与要求设计方波三角波正弦波函数信号发生器3、课程设计的技术指标（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10-10000Hz范围内可调；（4）、输出电压：方波Up-p24v，三角波Up-p=8v，正弦波Up-p1v。三、 各部分电路设计1、方波发生电路及工作原理（课本371页，基本电路及工作原理总结）工作原理：假设t=0时电容C上的电压Uc=0
4、，而滞回比较器的输出端为高电平，Uo=+Uz。则集成运放相同输入端的电压为输出电压在电阻R1、R2上分压得结果。此时输出电压+Uz将通过电阻R向电容C充电，使电容两端的电压Uc升高，而此电容上的电压接到集成运放的反相输入端，即U-=U+时，滞回比较器的输入端将再次发生跳变，由高电平跳为低电平，使Uo=-Uz，于是集成运放相同输入端的电压也立即变化。输出电压变为低电平后，电容C将通过R放电，使Uc逐渐降低。当电容上电压下降到U-=U+时，滞回比较器的输出端将再次发生跳变，由低电平跳为高电平，即Uo=+Uz。以后又重复上述过程。如此电容反复的进行充电和放电，滞回比较器的输出端反复地在高电平和低电平
5、之间跳变，于是产生了正负交替的方波。2、方波-三角波转换电路和工作原理 1）基本电路（课本374页，基本电路） 2）工作原理（课本374页工作原理总结）运算放大器A1与R1、R2及R3、Rp1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器得翻转。运放的反向端接基准电压，即U-=0，同相输入端输入电压Uia，R1称为，平衡电阻。比较器的输入端Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-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，或者低电平Vee跳到高电平Vcc.运放R2与R4、Rp2、2、及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分
6、器的输出为Ro2，可见，积分器的输入为方波时，输出的是一个上升速度与下降速度相等的三角波。 3）电路仿真 a、约为1KHZ时的波形图 （标明修改的电阻电容参数，方波U24V，三角波U8V） 修改的电阻电容参数: R1=10Kohm R2=10Kohm R3=20Kohm Rp1=20Kohm R4=200ohm Rp2=800ohm C1=1.5uf C2=0.1 uf C3=0.1uf C4=0.1uf C5=0.4uf b、约为10HZ时的波形图 （标明修改的电阻电容参数方波U24V，三角波U8V）修改的电阻电容参数:R1=10Kohm R2=10Kohm R3=20Kohm Rp1=20
7、Kohm R4=50Kohm Rp2=145ohm C1=0.55uf C2=1 uf C3=50uf C4=50uf C5=30uf3、三角波-正弦波转换电路的工作原理 1）基本电路 2）工作原理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点稳定，输入阻抗高，康干扰能录较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效地抑制零点飘移，因此可以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：IC1=aIE1=aI0/(1+e-UId/UT)IC2=aIE2=aI0/(1+e-Uid/UT) 式中 a= IC/
8、 IE1 I0差分放大器的恒定电流； UT-温度的电压当量，当室温为25oc时，UT26mV。 Um三角波的幅度； T三角波的周期。 为使输出波形更接近正弦波，由图可见： （1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好； （2）三角波幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。 （3）图为实现三角波-正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1，C2，C3为隔直电容，C4为滤除谐波分量，改善输出波形。 3）电路仿真 a、约为1KHZ时的波形图 （正弦波U1V）b、约为10HZ时的波形图 （正弦波U1V）5、总电路图为四、实验
9、总结1、通过本次实验的切实操作，我感觉到了实验对理论能进行验证这一提法，并且现在能相信这一论点。但对于实验的真实本质我很想相信，但现在我还是不能切实的真正接受。2、对于本实验，方波、三角波、正弦波三种波频率相同，通过观察虚拟示波器观察频率数值即可得之，这正好验证了相关的理论，三种波的频率公式相同。3、由实际操作知，影响波形频率的是总电路图的前半部分，即方波三角波产生电路部分，通过调节电阻如R3、R2、R4（见模拟电子电路实验指导书P19电路图）等来实现，这通过频率的确定公式也可看出。4、而对于正弦波振幅大小的调节，方波三角波产生电路及三角波正弦波变换电路都可实现，但三角波正弦波变换电路对信号频率无影响。5、通过本次实验我加深了对模电中有关滞回比较器、RC冲放电回路、正弦波振荡电路、差分放大器和积分电路知识的理解，熟悉了三角波方波正弦波函数发生器实验电路，对三种波形之间的相互变换更加熟悉，了解更深一步。6、通过本实验我加深了对Multisim这一软件的认识，并熟知了它的相关功能，熟练的对该软件的操作。
