波形发生器函数信号发生器设计课程设计

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目录

设计

一、设计要求------------------------------------------------2 二、设计的作用与目的------------------------------------2 三、波形发生器的设计------------------------------------3

1、函数波形发生器原理和总方案设计-------------------3 2、方案选择及单元电路的设计---------------------------5 3、仿真与分析----------------------------------------------9 4、PCB版电路制作-----------------------------------------13

四、心得体会-----------------------------------------------15 五、参考文献-----------------------------------------------16 附录

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波形发生器的设计电路

函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。

一、设计要求

设计一台波形信号发生器，具体要求如下： 1.该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波。 2.指标：输出波形：正弦波、三角波、方波。

频率范围：1Hz~10Hz，10Hz~100Hz ,100Hz~1KHz,1KHz~10KHz。 输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P＞1V； 3.频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率。

4.用分立元件和运算放大器设计的波形发生器要求用EWB进行电路仿真分析，然后进行安装调试。

二、设计的作用与目的

1.通过这次课程设计从而掌握方波——三角波——正弦波函数发生器的原理及设计方法。

2.掌握迟滞型比较器的特性参数的计算。

3.学会安装与调试由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 4.能够使用电路仿真软件进行电路调试。

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三、波形发生器的设计

1、函数波形发生器原理和总方案设计

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，波形发生器电路可以采用不同的电路形式和元器件实现。有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是运算放大器和分立元件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用单片专用集成芯片设计(如单片函数发生器模块8038)。

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。

下面就对各种方案原理进行分析： 1.1 采用运算大放器和分立元件构成

用运算放大器设计波形发生器电路的关键部分是振荡器，而设计振荡电路的关键是选择器件 确定振荡电路的形式，以及确定元件参数值等。 ①用正弦振荡器实现多种波形发生器

用正弦振荡器产生正弦波，正弦波信号通过变换电路（例如用施密特触发器）得到方波输出。其主要特点是采用串--并联网络作为选频网络和正反馈网络。它的振荡频率为f=1/2πRC，改变RC的值，可以得到不同频率的正弦波信号。为了输出电压的稳定，必须采用相应的稳幅措施。 此方案原理框图如图1所示。

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图1 用正弦振荡器实现多种波形发生器原理框图

②用多谐振荡器实现多种波形发生器

利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变成三角波输出，用差分放大电路将三角波变成正弦波输出，也可以采用二极管折线电路近似实现三角波—正弦波的转换。也可以使方波进过滤波电路得到正弦波输出，同时方波经积分电路可得到三角波输出。 此方案原理框图如图2所示。

图2 用多谐振荡器实现多种波形发生器原理框图

1.2 用单片函数发生器5G8038构成多功能波形发生器

前面几种方法都是用分立元件或部分集成器件组成的信号产生电路，随着集成制造技术的不断发展，信号发生器已经被制造成专用集成电路。目前用的较多的集成函数发生器使5G80438。

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2 方案选择及单元电路的设计

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，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成

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。

此方案设计起来简单方便，其中比较起于积分电路和反馈网络组成多谐振荡器，其中比较器中产生的方波通过积分电路变换成三角波，电容充放电时间决定三角波的频率。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。

经过仿真得出了方波、三角波、正弦波，方波——三角波转换及三角波——正弦波转换的波形图。

下面介绍由集成运算放大器及分立元件组成方波---三角波---正弦波波形发生器的设计步骤。

其电路框图如图3所示

图3 波形发生器电路原理框图

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