低频函数信号发生器

一、实验目的和要求(必填)

二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、设计题目:低频函数信号发生器;

2、任务与要求(主要技术性能指标):

1.同时输出三种波形:方波、三角波、正弦波;

2.频率范围:100Hz~10kHz ;

3.频率稳定度:?f

f o ≤10?3/日; 4.频率控制方式:通过改变RC 时间常数控制频率(手控方式):为确保良好的控制特性,分两段控制:①100Hz ~1kHz ; ②1kHz~10kHz ; 5.波形精度:①方波上升沿和下降沿时间均应小于20us ; ②三角波线性度:δ/V o m <1%;

③正弦波谐波失真度:√∑V i 2N i=2/V 1<2%;(不要求)

方波 三角波

6.输出电压:①方波输出限幅:Vz=3.3V ;

②第一级三角波:Vp-p≤10V ;

③正弦波:Vp-p>8V ;

7.三角波的峰-峰值连续可调。

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函数发生器的设计

摘要

函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,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。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。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三角波、正弦波、方波的简易发生器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的原件，焊接出具体的实物图，并在实验室对焊接好的实物图进行调试，观察效果并与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。

关键字：方案确定、参数计算、调试、误差分析。

1.1问题的提出

设计一个函数发生器使得能够产生发波、三角波、正弦波。

1、 主要技术指标

频率范围 10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz

频率控制方式 通过改变RC时间常数手控信号频率

通过改变控制电压Uc实现压控频率VCF

输出电压 正弦波Upp≈3 V 幅度连续可调;

三角波Upp≈5 V 幅度连续可调;

方波Upp≈14 V 幅度连续可调.

波形特性 方波上升时间小于2s；

三角波非线性失真小于1%；

正弦波谐波失真小于3%。

2、 设计要求

（1） 根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。

（2） 列出所有元、器件清单报实验室备件。

（3） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。

（4） 记录实验结果。

1.2基本原理

1、 函数发生器的组成

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波、三角波、正弦波函数发生器的方法。

1.3提出解决问题的方案及选取

1、三角波变换成正弦波

由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数发生器电路组成如图1所示，由于技术难点在三角波到正弦波的变换，故以下将详细介绍三角波到正弦波的变换。

图1

（1） 利用差分放大电路实现三角波——正弦波的变换

波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示。由图可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。

㎝

图2

方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以及集成运放组成的电路实现函数发生器

（2） 用二极管折线近似电路实现三角波——正弦波的变换

二极管折线近似电路 图3

根据二极管折线近似电路实现三角波——正弦波的变换的原理图，可得其输入、输出特性曲线如入3所示。

频率调节部分设计时，可先按三个频率段给定三个电容值：1000pF、0.01Μf、0.1μF然后再计算R的大小。手控与压控部分线路要求更换方便。为满足对方波前后沿时间的要求，以及正弦波最高工作频率（10kHz）的要求，在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用Sr值较大的运放（如LF353）。为保证正弦波有较小的失真度，应正确计算二极管网络的电阻参数，并注意调节输出三角波的幅度和对称度。输入波形中不能含有直流成分。

方案二：用二极管折线近似电路以及集成运放组成的电路实现函数发生器

（3）图是由μA741和5G8038组成的精密压控震荡器，当8脚与一连续可调的直流电压相连时，输出频率亦连续可调。当此电压为最小值（近似为0）时。输出频率最低，当电压为最大值时，输出频率最高；5G8038控制电压有效作用范围是0—3V。由于5G8038本身的线性度仅在扫描频率范围10：1时为0.2%，更大范围（如1000：1）时线性度随之变坏，所以控制电压经μA741后再送入5G8038的8脚，这样会有效地改善压控线性度（优于1%）。若4、5脚的外接电阻相等且为R，此时输出频率可由下式决定：

f=0.3/RC4

设函数发生器最高工作频率为2kHz，定时电容C4可由上式求得。

电路中RP3是用来调整高频端波形的对称性，而RP2是用来调整低频端波形的对称性，调整RP3和RP2可以改善正弦波的失真。稳压管VDz是为了避免8脚上的负压过大而使5G8038工作失常设置的。