函数信号发生器模拟电路课程设计

设计题目

方波－三角波－正弦波函数发生器设计

要求设计制作一个方波－三角波－正弦波频率范围100HZ～1KHZ,频率可调。 实验仪器设备：示波器，万用表，直流稳压源，毫伏表

设计步骤和要求：

（1） 根据设计要求，查阅相关资料，提出理论设计方案，画出电路原理图；

（2） 根据已知条件及性能指标要求，选择元器件的型号及参数，并列出材料清单，画出

电路连线图；

（3） 将元器件安装在通用电路板，确认布线合理后再进行元器件的焊接。

（4） 测试性能指标，调整和修改元件参数值，使其满足电路设计要求，将修改后的元件

参数值标在设计的电路图上。

（5） 上述各项完成后，再进行一些实验研究和讨论。 （6） 所有实验完成后，写出规范的设计报告。

目 录

1 函数发生器的总方案及原理框图……………………………………（4）

1.1 1.2

函数发生器的总方案论证…………………………………………………（4） 原理框图……………………………………………………………（4）

2设计的目的及任务……………………………………………………………（5）

2.1 课程设计的目的……………………………………………………………（5） 2.2 课程设计的任务和要求……………………………………………………（5） 2.3 课程设计的技术指标……………………………………………………（5）

3元器件选择……………………………………………………………（6） 4 各组成部分的工作原理及实现功能

4.1 方波发生电路的工作原理………………………………………………（6） 4.2 方波---三角波转换电路的工作原理………………………………（7）

4.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理………………………… （10） 4.4电路的参数选择及计算………………………………………………… （12） 4.5 总电路图……………………………………………………………………（13）

5电路的安装和调试………………………………………………………… （14）

5.1 方波---三角波发生电路的安装和调试…………………………（14） 5.2 三角波---正弦波转换电路的安装和调试………………………（14） 5.3 总电路的安装和调试……………………………………………… （14） 5.4 电路安装和调试中遇到的问题及分析解决方法………… （14）

6 实验总结…………………………………………………………………… （15） 7参考文献……………………………………………………………………… （16）

1． 函数发生器总方案及原理框图

1.1函数发生器的总方案论证

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)。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和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二阶滤波器完成。

2．课程设计的目的和设计的任务

2.1 设计目的

1．掌握电子系统的一般设计方法 2．掌握模拟IC器件的使用

3．培养综合使用所学知识来指导实践的能力 4．掌握常用元器件的识别和测试

5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

2.2设计任务

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器

2.3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 ： 10～100HZ ，100HZ～1KHZ，1ＫHZ～10KHZ；

4．输出电压：正弦波UPP3V，三角波UPP5V，方波UPP14V，幅度连续可调，线性失真小。

3．元器件选择

设计所用仪器及器件

1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 1台 3．万 用 表 1只 4．运 放OP37 2片 5．电位器50K 1只 6．电 容0.1μF 3只 7．电 阻

8．面包板 1块 9．剪刀１把

10．仪器探头线 2根 11．电 源 线 4根

4．各组成部分的工作原理及实现功能

4.1总工作原理框图

电压（滞回）比较器 积分运算电路 二阶低通滤波电路

4.2方波---三角波转换电路的工作原理

C1R1241R2R35Rp1 50% 50%1R173U13R4Rp2245U2

方波—三角波产生电路

工作原理如下：

1）若反馈支路断开，运算发大器A1和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,或者从低电平Vee

跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则

UR3RPR21(VCC)Uia0

R2R3RPRRRP1231将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为

UiaR2R2(VCC)VCC

R3RPRRP131若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为

UiaR2R2(VEE)VCC

R3RPR3RP11比较器的门限宽度为

UHUiaUia2R2ICC

R3RP1由以上公式可得比较器的电压传输特性，如下图所示。

2）运放A2和R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为

UO2UO1VCC时

1UO1dt

(R4RP2)C2UO2UO1VEE时

(VCC)VCCtt

(R4RP2)C2(R4RP2)C2UO2VCC(VEE)tt

(R4RP2)C2(R4RP2)C2可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度和下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。

3）反馈支路闭合后，比较器和积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波

三角波。三角波的幅度为

UO2mR2VCC

R3RP1方波-三角波的频率f为

fR3RP1

4R2(R4RP2)C2由以上两式可以得到以下结论：

1）电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。 2）方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。

电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。最终波形如下：

4.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理

三角波—正弦波转换图

三角波U02经二阶低通滤波电路后形成正弦波 传递函数为：

H(j)=121-()2+j00

其中：

0=1 RC截止频率：fc=0.6436 2RC4.4电路的参数选择及计算

1.方波-三角波中电容C1变化（关键性变化之一）

实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。 2.三角波-正弦波部分

由二阶低通滤波器截止频率计算公式可得：R8=R9=1K R10=10K, C2=C3=100nF

4.5 总电路图

三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路

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。

5.电路的安装和调试

5.1 方波---三角波发生电路的安装和调试

1.安装方波——三角波产生电路

1. 把两块741集成块插入面包板，注意布局；

2. 分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法； 3. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。 2.调试方波——三角波产生电路

1. 接入电源后，用示波器进行双踪观察； 2. 调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求； 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部按装。

5.2 三角波---正弦波转换电路的安装和调试

1.安装三角波——正弦波变换电路

在面包板按照原理图安装响应的电阻、电容，并注意取值。 2.调试三角波——正弦波变换电路

1. 调节变阻器阻值，改变三角波频率，得到较为完整的正弦波波形。

5.3 总电路的安装和调试

1. 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察

2. 针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。

5.4调试中遇到的问题及解决的方法

由于本信号发生器采用的是自激原理产生波形，对运算放大器的性能有着比较严格的要求，如带宽等指标，因此应该选用性能较好的运放，如OP37。

6．实验总结

本学期我们开设了《模拟电路》课，这门学科属于电子电路范畴，和我们

的专业也都有联系，且都是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期模电刚学完之际，紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。

通过这段时间不懈的努力和切实追求，我们小组终于做完了课程设计。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。

其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。

在实验过程中，我们也遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。还有就是焊接实物的问题，我们以为很简单，但其实很复杂，要对焊板上的元件进行 布置和焊接电路元件连线，这有很大的难度。在此期间，除了对元件较好的焊接外，还要考虑电路元件间的影响（即元件之间信号的干扰等问题），还要考虑元件连线的不相交以及焊板面积的大小、元件摆放和连线的美观性等，所以想要焊出一块实用又美观的板子，还要经过一番考虑和布置。但是最后在老师和同学的帮助以及自己的不断努力下，把问题一一解决了，那种心情别提有多高兴啊。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。

还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，

所以在以后的实验中我们应该注意安全，让不必要的伤害减至最少。

作为一个电信专业的学生，我深知课程设计的重要性。这次实习我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本了解了一个电路元件是如何构成的，还有以前看的集成板上让人难琢磨的电路焊接图我都可以看懂一些了，其中的电路仿真也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。我们顺利完成了这周的模拟电子的课程设计。

这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！

7．参考文献

童诗白主编．模拟电子技术基础（第三版）．北京：高教出版社， 2001 李万臣主编．模拟电子技术基础和课程设计.哈尔滨工程大学出版社，2001.3

胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京. 高等教育出版社，2000 康华光主编. 电子技术基础（模拟部分）（第四版）高等教育出版社，1999年 沈尚贤主编. 电子技术导论（下册）.高等教育出版社，1986年