文档介绍：
原理框图
函数发生器的总方案
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,
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差分放大器来完成。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。
设计目的
,了解电路调试的基本方法
设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器
、组装、调试函数发生器
:正弦波、方波、三角波;
:在10-10000Hz范围内可调;
:方波UP-P≤24V,三角波UP-P=8V,正弦波UP-P>1V;
5. 波形特征:方波上升时间<2us,三角波非线性失真<1%;正弦波谐波失真<3%
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。
方波---三角波转换电路的工作原理
方波—三角波产生电路
工作原理如下:
若a点断开,运算发大器A1与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,。设Uo1=+Vcc,则
将上式整理,得比较器翻转的下门限单位Uia-为
若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为
比较器的门限宽度
由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图3-71所示。
a点断开后,运放A2与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
时,
时,
可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系下图所示。
a点闭合,既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
方波-三角波的频率f为
由以上两式可以得到以下结论:
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。
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。
三角波---正弦波转换电路的工作原理
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