模拟电子技术大作业2015-2016学年第二学期题目：函数信号发生器的设计班级：14电子2班成员：丁钱（21406022007）方佳奇（21406022009）冯明侠（21406022010）成绩：___________________________一、简介在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。

信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。

可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。

波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。

传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。

随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。

与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。

在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。

当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。

当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。

并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

正弦信号是使用最广泛的测试信号。

现在,我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出正弦波、方波、三角波的简易发生器。

众所周知，制作函数发生器的电路有很多种。

本次设计先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，这是一种频率可调的移相式正弦波发生器电路，其频率稳定一般为实验所确定，然后可以通过改变电容值来改变再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。

此电路具有良好的正弦波和方波信号。

它的制作成本不高，路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源。

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。

该函数发生器要求能输出频率范围可调的正弦波、方波和三角波，能够很好的实现本次试验的目的,将一些线性和非线性的元件与集成运放组合,输出性能良好的波形.由正弦波、方波或三角波的发生器产生相应的信号，通过相互转换实现多种波形的输出。

正弦波可以由RC正弦波振荡电路产生，之后通过过零比较器可产生方波，再积分可得三角波。

通过调节 RC 振荡电路中的振荡电阻来实现频率可调。

通过调节比例运算电路的反馈电阻来实现幅度可调，最终做成要求的函数发生器。

二、设计目的1. 学习由运算放大器组成的正弦波—方波—三角波发生器电路，提高对运算放大器非线性应用的认识。

2．掌握正弦波—方波—三角波发生电路的分析、设计和调试方法。

三、设计任务正弦波-方波－三角波函数发生器①输出波形频率范围为10Hz～10kHz且连续可调；②正弦波幅值为±2V；③方波幅值为2V；④三角波峰-峰值为2V。

四、实验方案的设计1、正弦波可以由RC正弦波振荡电路产生，之后通过过零比较器可产生方波，再积分可得三角波。

2、正弦波发生电路的工作原理（1）、产生正弦振荡的条件:正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。

正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。

其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。

因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。

（2）、正弦波振荡电路的组成判断及分类放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值，实现自由控制。

选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生弦波振荡。

正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。

稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。

（3）、判断电路是否振荡的方法①、是否满足相位条件，即电路是否正反馈，只有满足相位条件才可产生振荡。

②、放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适；③、是否满足幅度条件。

五、RC正弦波振荡电路常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。

串并联网络在此作为选频和反馈网络。

RC桥式正弦波振荡电路当w=w0=1/RC时，RC选频网络的相移为零，这样RC串并联选频网络送到运算放大器同向输入端的信号电压Vi与输出电压Vo同相，所以RC反馈网络形成正反馈，满足相位平衡条件。

为使在震荡建立期间信号做增幅震荡，应选择Rp3、R1、R2可使Af≥3，保证|AF|>1。

因此它的起振条件为Rp3>2(R3+R4)；它的振荡频率为f0=1/2π（Rp1+R1）C 。

它主要用于低频振荡。

要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。

它的振荡频率为f0=1/2π√￣（LC）。

此外，石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。

RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠两个并联的二极管组成的，当输出信号较小时，二极管工作电流小，动态电阻大，电路的增益较大，引起增幅震荡过程。

当输出幅度达到一定程度，二极管工作电流大，动态电阻小，电路的增益下降，电路的输出电压幅值将不再上升，从而使输出电压稳定，以此来达到稳幅的目的。

1、正弦波变换成方波的工作原理（1）、电压比较器的功能电压比较器是用来比较两个电压大小的电路，它的输入信号是模拟电压，输出信号一般是只有高电平和低电平两个稳定状态的电压。

利用电压比较器可将各周期性信号转换成矩形波。

(2)、过零比较器参考电压为零的比较器称为过零比较器。

按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种过零比较器，通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。

阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符Uth表示。

本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号。

2、方波变换成三角波的工作原理方波经过积分器就变成了三角波。

但是此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。

积分电路原理Vo-Vi为积分关系，负号表示输入和输出信号相位相反。

当Vi为定值时，电容将恒流充电，输出电压为：V0=-ViT/RC。

当积分器输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：三角波发生器工作波形积分电路仿真图六、仿真电路及运行结果1、总波形发生电路正弦波－方波-三角波函数发生器该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为过零电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波；此外，在积分电路之前设置一个电压跟随器，起到隔离作用，使过零电压比较器电路与积分电路不相互影响。

确定电路元器件参数：稳压管的作用是限制和确定方波的幅度，因此方波正负半周的对称性与稳压管性能有关。

因此选用稳压管时，要选择性能好一些的两个管性能对称的稳压管，最好选用双向稳压管；R7是稳压管的限流电阻，阻值根据稳压管的电路确定；常用电位器作为Rp1、Rp2和电容C的值决定三角波的频率f。

一般是Rp1和R2的值确定后，可以先确定电容C 的值，然后由f。

=R2/（4Rp2Rp1C）来确定R4的值.Rp2若采用电位器，则三角波频率可调。

为了减小积分漂移，电容C的值尽量取大些，但是C值越大漏电也越大，因此一般C不超过1uF；集成运放的选择用于比较器的运放要求速度应该高些。

通过改变反馈网络中的变阻RP3的阻值可以改变正弦波的输出波形的幅值；之后方波的输出波形也随之确定；通过改变变阻RP4的阻值可以改变三角波的输出波形的幅值。

2、正弦波仿真在变阻RP1、RP2百分比分别为50%，RP3百分比为25%，示波器输出的波形如下图所示由图可知T1的时间为1.315s，通道A为-1.660V。

T2的时间为1.338s，通道A为1.658V。

由此可知仿真出的正弦波的幅值为：1.660V；峰-峰值为：3.318V；周期为46.154ms。

3、方波仿真由图可知T1的时间为736.976ms，通道A为-6.834V。

T2的时间为760.908ms，通道A为6.812V。

由此可知仿真出的正弦波的幅值为：6.812V；峰-峰值为：13.646V；周期为47.864ms。

3.4三角波仿真由图知T1的时间为5.516s，通道A为-2.554V。

T2的时间为5.180s，通道A为2.513V。

由此知仿真出的正弦波的幅值约为：2.554V；峰-峰值为：5.067V；周期为24.786ms。

七、实验总结1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和其他类型的各种电路原理。

通过对他们的比较和认识，我找到了简单、正确的方法。

2、通过对电路条件的限制，要求我们能更深次地理解各种器件的原理及使用规则，对具体的情况做到正确的判断，提高了我们对书本知识的掌握，也把我们从理论水平提高到实践水平。

3、我深得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

4、在对各种方案进行排查时，我们才了解到我们现在的知识水平还很有限，需要我们自己拓展，要多看一些关于其他类型的不同的见解。