文档介绍：第一章函数发生器方案的选定

函数发生器函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。当调节外部电路参数时,还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。可用作音频放大器频响快速测试、失真分析、电路的瞬态响应测试、线性分析、也可作其他各种测试信号源,十分方便。可以为各科研室及其他需要各信号的地点输送其相应的信号。
原理总框图
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三角波,差分放大器完成三角波到正弦波的变换。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。
方波三角波正弦波
图1-1

方案一:
本方案的电路图由迟滞比较器、积分器、差分放大器三部分组成。
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,调节相应的电位器以调整方波——三角波的输出频率时,对输出波形的幅度影响不大,并且输出频率范围较宽,可以通过改变电容实现频率范围,同时亦可以实现幅度微调,且不会影响方波——三角波的频率,然后再利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。本方案在各个指标的可调节性上要相对好一些。
方案二:
利用单片集成芯片IC8038实现,
ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片,电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点,外部只需接入很少的元件即可工作,可同时产生方波、三角波和正弦波,其函数波形的频率受内部或外电压控制,可被应用于压控振荡和FSK调制器。
ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片,电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点,外部只需接入很少的元件即可工作,可同时产生方波、三角波和正弦波,其函数波形的频率受内部或外电压控制,但这种方案要求幅度和频率都可调,可同数字电位器加程控放大器实现。
方案三
用单片机和A/D转换器实现,编写相应的程序即可实现
经过分析和选择:对方案二,该方案只适用于频率和幅值均可调的电路以及考虑到经济方面的可行性;对方案三,由于所学知识和能力有限,所以我们组考虑由分立器件来产生函数发生器的方案一。
第2章电路原理
方波发生电路
此电路由反相输入的迟滞比较器和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过程的周而复始,电路产生自激振荡。
方波--三角波产生电路
图2-1 方波—三角波产生电路
运算放大器A1与R1、R2、R3 及Rw1组成电压比较器;运算放大器A2与R4、Rw2、R5、C1及C2组成反相积分器,比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,构成能自动产生方波、三角波的发生器。
比较器翻转的下门限电位
Via-= (2-1)

比较器翻转的上门限电位
Via+= (2-2)
比较器的门限宽度
VH=2 (2-3)
a点断开后,运放A2与R4、RP3、C2、及R5组成反相积分器,其输入信号为方波U01,则积分器的输出
(2-4)
当U01=+Vcc时, (2-5)
当U01=-Vcc时, (2-6)
可见积分器输入方波时,输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波,其波形如图所示。
图2-2 方波—三角波波形
当a点闭合,即比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为
V02m= (2-7)
方波—三角波的频率
f = (2-8)
由式子(2-6)及(2-7)可以得出以下结论:
—三角波的输出频率时,一般不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围比较宽,则可用C2改变频率的范围,RP2实现频率微调。
+Vcc 。三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可以实现幅度微调,但会影响方波—三角波的频率。
三角波--正弦波产生电路
图2-3三角波—正弦波的变换电路
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。
图2-3所示的为三角波—正弦波的变换电路。其中,RP1调节三角波的幅度,RP2调节电路的对称性,并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。C1、C2、C3为隔直电容,C4为滤波电容,以滤掉谐波分量,改善输出波形
图2-4三角