函数信号发生器设计.pptx
4.函数信号发生器设计
1.1实验任务：设计采用运放（包括可用三极管）构成正弦波.三角波.方波函数信号发生器。
1.2性能指标要求：
Vcc=12V;Vee=-12V。采用设计方案★①。
★①设计正弦波/方波/三角波的函数发生器(用文氏电桥正弦波振荡器):
频率范围：150~1500hz
输出电压：方波upp≥14V;三角波upp≥8V；正弦波upp15V
波形特性：方波上升时间tr30us;三角波非线性系数r△2%:正弦波非线性失真r5%
②设计方波/三角波/正弦波的函数发生器(用差分放大变换正弦波):
频率范围：2~100hz
输出电压：方波upp≥14V;三角波upp≥6V；正弦波upp6V
波形特性：方波上升时间tr30us;三角波非线性系数r△2%:正弦波非线性失真r5%
1.设计实验任务与要求：
2.函数信号发生器电路设计参考方案
2.1RC文氏电桥振荡器产生正弦波，方波-三角波产生电路可正弦波振荡器采用波形变换电路,通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输出。此电路的输出频率就是就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率.
RC
正弦波震荡器
迟滞
比较器
积分器
正弦波uo1
方波uo2
三角波
uo3
2.2用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差分放大器，作为三角波—正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率.
迟滞
比较器
积分器
正弦波
uoz
方波uof
三角波uo3
差分
放大器
过压
3.RC文氏电桥正弦波振荡电路
3.2RC文氏电桥振荡器实验要点:
①.在R1=R2=R,C1=C2=C时,振荡频率fｏ=1/(2πRC);
②.起振幅值条件:Au1=(Ra+Rf)/Ra≧3.
即Rb/Ra≧2.
Rf=RW+(R3∥Rd)Rd:二极管正向电阻.
*电路调整的关键是：负反馈电路中的电位器RW的细心调节，RW过大：输出方波！RW过小：电路不起振！
3.1RC文氏电桥正弦波振荡器的工作原理:
文氏电桥振荡器由RC串并选频网络和同相放大器组成.其中RC串并选频网络形成正反馈电路并决定RC振荡器的振荡频率fo：
电路的振荡频率:fo=1/(2πRC)(当R1=R2;C1=C2时)
当f=fo时:up与uo的相位差△φ=00fumax=up/uo=1/3.
Ra和Rb形成反向比例电路决定起振的幅值条件调节波形与稳幅控制.
4.1方波/三角波产生电路：由迟滞比较器与积分器首尾相串联构成。
电路输出频率fo=R2/(4R1RpC)；三角波输出电压：Uo2=Uz*R1/R2
3
2
6
7
4
1
5
U1
UA741
3
2
6
7
4
1
5
U2
UA741
12v
-12v
12v
-12v
C1
1uf
R3
2k
R2
20k
R1
10k
Rp
10k
uo1
SW1
SW-SPDT
C2
10u
uo2
A
B
C
D
D1
1N5235B
D2
1N5235B
积分电路
迟滞比较器
附图-2方波/三角波产生电路频率fo=R2/(4R1RpC)
3.3RC文氏电桥振荡电路
调节Rw,使uo波形基本不失真时,分别测量输出电压up.uo和振荡频率fo,并记录表-1中.
表-1文氏电桥振荡电路实验表
电路参数
频率fo/Khz
电压/v
up/uo1波形
R1/k
R2/k
C/uf
计算值
测量值
up
uo1
1
0.1
1
0.2
文氏电桥振荡器：fo=1/2πRC；
正反馈电路：RC串并选频网络决定RC振荡器的振荡频率fo。
反向比例电路：Ra和Rb决定起振条件Au，调节波形与稳幅控制。
Rb并联D1.D2：正向非线性电阻
起振时：电压低电阻RD大Au大；
振荡幅值大时：电压高电阻RD小Au小，整形限幅。
3
2
6
7
4
1
5
U1
UA741
3
2
%
RVB
10k
C1
0.1u
C2
0.1u
-12v
12v
u1OP
9
%
RV1
10k
D1
1N4007
D2
1N4007
图-1RC正弦波振荡电路
调负反馈
起振限幅
改变R
调频率
R1
1k
R3
10k
R2
3k
4.2方波/三角波变换电路的计算与测试：
按上图-3所示电路组成的信号产生与方波/三角波变换电路,计算信号频率与三角波电压幅值，用示波器观察并测量方波-三角波uof、uo3波形。将实验数据记录在表-2中.
表-2信号产生方波/三角波变换电路实验记录