扬州大学能源与动力工程学院。
题目： 函数发生器的设计
课程： 模拟电子技术基础
专业： 电气工程及其自动化
班级。学号。
姓名。指导教师。
设计时间： 2009.11.02—2009.11.06
总目录。第一部分：任务书
第二部分：课程设计报告。
第三部分：设计电路原理图接线图。
第一部分 任。务。书。
课题：函数发生器的设计。
一个电子产品的设计、制作过程所涉及的知识面很广；加上电子技术的发展异常迅速，新的电子器件的功能在不断提升，新的设计方法不断发展，新的工艺手段层出不穷，它们对传统的设计、制作方法提出了新的挑战。但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下电子产品的设计、制作的基本过程是很有必要的。
1、函数发生器的简介
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。
2、电子电路设计的一般方法。
1．仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。
1）设计总体方案。
2）设计单元电路、选择元器件、根据需要调整总体方案。
3）计算电路（元件）参数。
4）绘制电路图初稿。
2．上机利用eda软件进行电路实验**。电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验**大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。
3．掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。
对于常用元器件，不少手册有所介绍。
4、熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识，提高解决实际问题的能力。
三、设计题目及内容。
函数发生器能产生正弦波、方波、三角波。
四、设计目的。
1．掌握电子系统的一般设计方法。
2．掌握模拟ic器件的应用。
3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力。
五、设计要求及技术指标。
1．设计、组装、调试函数发生器。
2．输出波形：正弦波、方波、三角波。
3．频率范围 ：在10－10000hz范围内可调
4．输出电压：方波up－p≤24v，三角波up－p＝8v，正弦波up－p>1v
第二部分。课。程。设。
计。报。告。目录。
1、课程设计的目的和设计的任务8
2、课程设计的要求及技术指标8
3、总方案及原理框图9
4、各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性及元件的作用10
5、总原理图15
6、调试及实验结果分析15
7、电路安装、调试步骤及方法18
8、实验结果分析19
8、改进意见、收获、体会20
9、仪器仪表清单21
9、参考文献22
课程设计的目的和设计的任务。
一）课程设计的目的。
1．掌握电子系统的一般设计方法。
2．掌握模拟ic器件的应用。
3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力。
2）设计的任务。
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。
课程设计的要求及技术指标。
1．设计、组装、调试函数发生器。
2．输出波形：正弦波、方波、三角波；
3．频率范围 ：在10－10000hz范围内可调 ；
4．输出电压：方波uｐ－ｐ24v，三角波uｐ－ｐ8v，正弦波uｐ－ｐ1v
总方案及原理框图。
1）总方案。
先通过比较器产生方波，方波通过积分器产生三角波，三角波通过差分放大器产生正弦波。设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线形区要窄，输入的三角波幅度um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
二）原理框图。
各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性及元件的作用。
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。
1）矩形波发生电路。
调节电路中r1、r2、r3 的电阻值和c的电容值，即可改变电路振荡频率，调节电路中r1、r2的电阻值，可改变电路矩形波和三角波的幅值。
二）方波—三角波产生电路。
对于虚线左边部分：
ut=±r2·uo2m/（r3+rp1）=±r2·vcc/（r3+rp1）
对于虚线右边部分：
uo1－u2-)／r4+rp2)=ic2,1／c2)∫ic2 dt=u2－u2,将ic2表达式代入此积分中，且 u2-=u2+=0，当u1=+vcc时，u2=-vcc · t／（r4+rp2）c1；
当u1=－vee时，u2=vee · t／（r4+rp2）c1。
可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波。
三角波的幅值 u2m =r2* vcc ／（r3+rp1），输出波形频率 f=
方波—三角波波形。
三)三角波—正弦波变换电路。
三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
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，可以有效的抑制零点漂移，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。
分析表明，传输特性曲线的表达式为。
式中 —差分放大器的恒定电流；
—温度的电压当量，当室温为25oc时，ut≈26mv。
如果uid为三角波，设表达式为。
式中 um——三角波的幅度；
t——三角波的周期。
为使输出波形更接近正弦波，由图可见：
1.传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；
2.三角波的幅度um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
3.图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中rp1调节三角波的幅度，rp2调整电路的对称性，其并联电阻re2用来减小差分放大器的线性区。
电容c1,c2,c3为隔直电容，c4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。
隔直电容c2、c4一定要大，因为输出频率很低，取c2=c4=470ua；滤波器电容c5视输出波形而定，若含高次谐波成分较多，c5可取较小，一般取0.1uf；r7=100ω与r13=100ω并联，以减小差分放大器的线性区。
三角波—正弦波波形。
总原理图。三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路。
电路安装、调试及实验结果分析。
一）方波、三角波测试。
方波、三角波波形。
2）三角波、正弦波测试。
三角波、正弦波波形。
7 电路安装、调试步骤及方法。
7.1方波---三角波发生电路的安装和调试。
由于比较器a1与积分器a2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。用双踪示波器同时观察uo1与uo2的波形，通过调节rp1使得三角波的峰峰值为8v，方波的峰峰值小于24v；调节rp2可得到在用不同的电容c2时的频率段。
安装：1.先在电路板上排布器件与导线，尽量使其美观合理；
2.然后，在电路板上焊接元件，连接导线，注意焊点要焊实，导线尽量使其呈直线；
3.把两块741集成块插入万能板；
4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。
调试：1.接入电源后，用示波器进行双踪视察。
2.调节rp1，是三角波的波形幅值满足指标要求；
3.调节rp2，微调波形的频率；
4．观察示波器，各指标达到要求后进行下一步安装。
7.2三角波---正弦波转换电路的安装和调试。
安装：1.在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各引脚接线。
2.搭直流源电路，注意r*的取值。
3.接入各电容及电位器，注意c6的选取。
4.按图接线，注意直流源的正负及接地端。
调试：差动放大器传输特性曲线调试。将c4与rp3断开，在c4端输入100hz、50mv的正弦波，用双踪示波器同时观察t1、t2两三极管的集电极对地的电压波形，通过调节rp4和r11，使传输特性曲线对称。
再逐渐增大输入电压，用示波器观察输出波形，记下uidm。移去信号源，将c4接地，用数字万用表分别测量ic3q、uc1q、uc2q、uc3q、uc4q以及ue3q。
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