课程设计 函数发生器.doc

课程设计_函数发生器引言
函数信号发生器的应用意义
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是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采用有集成运算放大器与晶体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。具体方法是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由差分放大器来完成。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漂移,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。
通过此次设计,我们能将理论知识很好的应用于实践,不仅巩固了书本上的理论知识,而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力

能够根据功能要求查找相关的元器件的说明书。
能够对元器件的说明书进行学****并掌握元器件的控制方法和时序要求。
能够利用Multisim、protel仿真软件对电路进行仿真调试。
(4) 能够按着规范的课程设计的格式完成课程设计报告。

设计一个函数发生器,能产生方波、三角波、正弦波信号。用LED显示其频率和波形参数,播报其频率和波形参数。信号频率可通过键盘输入并显示。
基本要求:
1、输出频率范围:100HZ—1KHZ和1KHZ—10000HZ两档
2、输出电压幅值可设,方波:VP-P=12V
3、三角波:VP-P=1V
4、正弦波:VP-P>1V
整个控制电路在Multisim、Protel仿真软件中连接调示。
函数发生器的总方案及原理框图
原理框图
函数发生器的总方案
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(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)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采用由集成运算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由差分放大器来完成。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漂移,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。
各组成部分的工作原理
方波发生电路的工作原理
此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R3对电容C正向充电,如图中实线箭头所示。反相输入端电位n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R3对电容C反向充电,如图中虚线箭头所示。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。
方波---三角波转换电路的工作原理
若a点断开,运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压,即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vee(|+Vcc|=|-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,。设Uo1=+Vcc,则


将上式整理,得比较器翻转的下门限单位Uia-为

若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

比较器的门限宽度
由以上公式可得比较器的电压传输