函数信号发生器设计报告.
漳州师范学院电子设计
函数信号发生器的设计
姓名：殷伟昊
学号：090502132
班级： 09电本（1）
系别：物理与电子信息工程系指导教师：王海光
2011年04 月11 日
摘要
函数信号发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由他产生不同频率不同波形 的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定他们的性能参数，信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号，如正弦波、三角波、方波等，因而广泛用于通信、雷达、
导航、宇航等领域。 本次课程设计的波形发生电路以LM324为核心, 实现简易波形的输出。滞回比较器和积分运算电路产生方波和三角波的输出；二阶低通滤波电路实现正弦波的输出。实现全波整流的功能。
关键字：电压跟随器；LM324；滞回比较器；积分运算电路；二阶有源低通滤波
电路；反相比例运算电路；
1.全波整流系统实现方案
系统实现方案的结构框图如图3.1所示。
图3.1 系统实现方案结构框图
2． 单元电路的设计
2.1方波和三角波电路的设计
工作原理图如图4.1所示。
图中虚线左边为同相输入滞回比较器，由LM324、电阻和稳压二极管组成。当同向端输入电压大于零时，运放输出幅值为+Uz 的高电平当同向端输入电压小于零时，运放输出幅值为-Uz 的低电平，故Uo1幅值为±Uz 的方波。
右边为积分运算电路，由电阻和电容组成。当Uo1输出高电平时，电容充电，运放输出电压负方向线性增加，并反馈到滞回比较器的同向输入端，控制其输出端的状态跳变；当Uo1输出电压跳变到低电平时，电容放电，运放输出电压正方向线性增加，并反馈回去，从
而在Uo2端得到周期性的频率与方波相同的三角波。
图4.1 方波和三角波电路的原理图
2.1.1参数计算和器件选择
参数计算：
滞回比较器中运放LM324同相输入端的电压U+同时与Uo1和Uo2有关，根据叠加原理，可得：
22
12
1211O O U R R R U R R R U +++=
+
根据叠加原理，集成运放U 1A 同相输入端的电位U +=U -=0，12
1
2O O U R R U -
=，滞回比较器的输出发生跳变。阈值电压Z T U R R U 2
1
±
=。 由积分电路的运算可得，)()(1
002011
402t U dt U C R U ?+-
=，起始值为-U T ，终了值为+U T ，积分时间为T/2。此时?--
=T
Z T U dt U C R U )(1
14,故得2
1414R C R R T =，所以频率为Hz uF
K K K C R R R T f 2501.010104104211410=???===
方波输出幅度的理论值：U 01=2*(3.9+0.7)=9.2V
三角波输出幅度的理论值：U 02=R 1/R 2*U 01=10K/10K*9.2V=9.2V
器件选择：LM324，K R R R 10241===,uF C 1.01=,K R 23=,K R 105=
2.2二阶有源低通滤波电路的设计
2.2.1工作原理图
工作原理图如图4.2所示。
图4.2 二阶有源低通滤波电路的原理图
电路中既引入了正反馈又引入了负反馈。当信号频率趋于零时，由于C 2的电抗趋于无C 穷大，故正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于C 3的电抗趋于零， 故U +趋于零。因而可以起到滤除高频成分保留低频成分的作用。低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。在U 02端输入三角波，滤除高频成分后在U 03可得到正弦波。
2.2.2参数计算和器件选择
参数计算：
三角波的傅立叶展开公式：
)5sin 25
1
3sin 91(sin 8)(2
??++-=
t t t Um
t f ωωωπ
通过二阶低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率，故Hz f Hz 7502500<<，取K R R 2.676==,uF C C 1.032==，所以该电路的截止频率为:
在Uo3处得到基频的正弦波，频率为257Hz 。 正弦波的理论值：V V
U U 93.1414
.32.982822
2
02
03=??
=?
=π
器件选择：K R R 2.676==,uF C C 1.032==，K KR R 3.36.598==
3.系统测试
3.1使用的仪器和设备
3.2测试的方法和步骤 3.2.1电路板的检查
（1）未上电前，认真检查板是否焊接正确，同时检查线路内部是否出现断路。 （2）检查所有芯片的电源脚和接地脚是否正确。
Hz u K C R C C R R f 2571.02.614.321
21212
632760=???===
ππ
5.2.2方波和三角波的测试
图5.2.2 方波和三角波的波形
.
表一：
（1）三角波和方波的幅值，频率和周期在理论上均相等。
（2）实际测量的数值与理论值存在差异以及方波与三角波实际测量的数值存在差异，是因为运放本身就有自带误差以及电阻的不等，尤其是瓷片电容的误差较大，所以造成实际值和理论值之间的误差。
5.2.3正弦波的测试
图5.2.3 正弦波波形
其理论值如表二所示。
分析：实际测量的数值与理论值存在差异，是因为器件本身所带的误差以及电阻电容的不匹配，均有可能导致理论值与实际测量存在误差。
5.2.4整流波的分析：
图5.3 全波整流波形
（1）U 3和U 1点的波形，是由于二极管D 1和D 2处于交替导通状态时存在压降。 （2）整流输出波形其峰值不同。是由于在实际电路中R 14取值为5K1，当输入U 03
为正时，使得幅值降低。
6.结论
电路采用LM324，实现了设计的基本要求，能够产生稳定的方波、三角波和正弦波，通过整流滤波电路形成整流波。但各波形的频率和幅度的实际值和理论值相比，误差较大。是由于器件本身带来的误差，其中积分电容带来的误差较大。在实际电路中，对电阻、电容等参数的计算需进一步改进。
元器件明细表