函数信号发生器课程设计Word
信号发生器
一、设计目的
1.进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力
和综合分析问题、解决问题的能力。
2.基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的
设计和实验能力。
3.学会运用Multisim10仿真软件对所作出的理论设计进行
仿真测试，并能进一步完善设计。
4.掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路
调试的基本方法。
二、设计内容与要求
1.设计、组装、调试函数信号发生器
2.输出波形：正弦波、三角波、方波
3.频率范围：10Hz-10KHz范围内可调
4.输出电压：方波V PP<20V, 三角波V PP=6V, 正弦波V PP>1V
三、设计方案仿真结果
1.正弦波—矩形波—三角波电路
原理图：
首先产生正弦波，再由过零比较器产生方波，最后由积分电路产生三角波。正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。
正弦—矩形波—三角波产生电路：
R1
Rp2
50%
R2
R3
10k|?
C1
R17
5.1k|?
C3
470uF
R10
50k|?
Key=A
50%
C4
470uF
R14
1k|?
9
10
Q1Q2
11
R5
R6
15k|?
R7
100|?
R13
50%
13
10.6V
VCC
1415
Q3
Q4
16
C5
100nF
R12
1k|?
17
R8
8k|?
18
R9
19
R11
2k|?
20
VEE
VCC
10.6V
VEE
-10.6V
VEE
-10.6V
VCC
10.6V
VEE
VCC
U1
3
2
4
7
6
5
1
1U2
3
2
4
7
6
5
1
6
2
4
VEE
R16
21
D4
1N4467
D1
1N4467
8
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_+_
VCC
XSC2
A B
Ext Trig
+
+
_
_+_
C2
100nF
12
7
3
5
总电路中，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。左边第一个
过零比较器
文氏桥振荡电路积分电路
运放与
RC 串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。
仿真波形：
调频和调幅原理
调频原理：根据RC 振荡电路的频率计算公式
RC
f
o
π21
=
可知，只需改变R 或C 的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。
调幅原理：本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。
RC 串并联网络的频率特性可以表示为
)
1(311112
1
2
RC
RC j RC j R C j R RC
j R
f Z
Z Z
U
U F ωωωωω-+=
++++=+=
=
?
?
?
令,1
RC
o =ω
则上式可简化为)
(
31
ω
ωωωO
O
j
F -+
=
?
，以上频率特性可
分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：
| F ?
|)
(31
2
2
ω
ωωωo o -+=
)(
3
arctan
ωωωω?o
o
F
--=，
根据上式可以分别画出RC 串并联网络的幅频特性和相频特性：
1.
正弦波振荡电路的原理如下图a 、b 所示：
由上图得出正弦波振荡的条件为：
根据RC 串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC 正弦波振荡电路的振荡频率为：
RC
f
o
π21
=
； 振荡的幅度平衡条件| F A ?
?
|1=是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足1||>?
?
F A 的幅度条件。
已知当
f f
o =
时，
3
1
||=?
F ，由此可求得振荡电路的起振条件为： 3||
>?
u
A
同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为：
3R
1>'+
R F
（即 R F =2R ′） 电路原理分析：
在电路中 ,运放741和电阻 R3 , Rw , R4构成正常的负反馈放大电路,而R1 , C1 , R2 , C2 则构成 RC 串并联选频网络,同时又由该选频网络作为反馈网络形成正反馈环节,其 R1 , C2 上的反馈电压作为输入代替放大器的输入信号, D1 , D2 起稳幅作用。
选频特性分析：
采用参数扫描还可以对振荡频率进行分析. 同时改变选频网络的电阻 R1 , R2 (或同时改变 C1 , C2 ) ,即可改变振荡输出的频率，使得频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值通过R W可调。
起振过程分析：
根据起振条件| AF| > 1 ,选频网络的反馈系数 Fmax =1/ 3 ,只要负反馈放大器的放大倍数 A 大于 3 ,即 R W(接入电阻)与 R4的和略大于 R3 的两倍,就可产生正弦波振荡,
2.矩形波电路
电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC 充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+Ut。Uo通过R f对电容C正向充电。反相输入端电位Un随时间t 的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过
dt u u I O RC ?=
1
u I u I R f 对电容C 反向充电，Un 随时间逐渐增长而减低，当t 趋于无穷大时，Un 趋于-Uz ；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo 就从-Uz 跃变为+Uz ，Up 从-Ut 跃变为+Ut ，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
3. 三角波电路
三角波的产生是由积分电路实现的，积分电路将方波转换成三角波。积分电路的原理图如下：
由于集成运放的反相输入端“虚地”，故u u C O -= ；又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则i i C I =，故R i R i u C I I ==,由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为：
由于输入的是方波，所以 的值为两个状态，当 >0时，t
u
u RC I
O =，
输出波形以
RC
u
I
的斜率上升，当 u I <0时，输出波形以
RC
u
I
的斜率下降。上升和
下降的斜率相等所以波形对称，形成三角波。
原理图：
输出波形频率为：
一、 安装调试步骤
电路用到的元件：741集成运放、稳压管、电位器、电容、三 极管、电阻、若干导线 1. 焊接总电路图：
50%R10
C3
R1
1
2
3
5
4
U1
R2
R3
50%
Rp1R4
50%
Rp2
12
3
5
4U2
C1
R17
C4
12V
VCC R5R6
R7
R8
R9
R11
-12V
VCC1
R12
50%
R13C5
C2
R14
a)集成运放
741脚图：
1.焊接电路板注意事项：
b)元件没有错焊、漏焊。
c)元器件摆放端正，焊接点圆滑。
d)工艺布局美观。
e)焊接牢固。
2．万用表检查记录表