1、低频函数信号发生器设计实验报告实 验 报 告课程名称： 电子系统综合设计 指导老师： 周箭 成绩： 实验名称：低频函数信号发生器（预习报告）实验类型： 同组学生姓名： 一、 课题名称低频函数信号发生器设计二、 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：10Hz10KHz；（3） 频率稳定性： ；（4） 频率控制方式： 改变 RC 时间常数； 改变控制电压 V1实现压控频率，常用于自控方式，即 F=f（V 1） ， （V 1=110V） ； 分为 10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz 三段控制。（5） 波形精度：方波上升下降沿均小于 2s，三
2、角波线性度 /V om7V 有效值）具有输出过载保护功能三、 方案设计根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。数字电路的实现方案一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用 D/A 转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A 转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变 D/A 转换器输入数字量的速率来实现的。数字电路的实现方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响
3、函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如1MHz）信号。模数结合的实现方案一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用 D/A 转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的低频函数信号发生器设计实验报告电路方式。 模拟电路的实现方案是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。模拟电路的实现方案有几种：用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电
4、路产生三角波。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。 由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，该电路方式也是本实验信号产生部分的推荐方案。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关，这将在后面的单元电路分析中详细介绍。 四、 单元电路分析1、三角
5、波，方波发生器由于比较器+RC 电路的输出会导致 VC线性度变差，故采用另一种比较器+积分器的方式低频函数信号发生器设计实验报告积分器 同相滞回比较器 由积分器A1与滞回比较器A2等组成的三角波、方波发生器电路如图所示。在一般使用情况下，V +1和V -2都接地。只有在方波的占空比不为50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变V +1和V -2的大小和方向加以调整。合上电源瞬间， 假定比较器输出为低电平， vO2=VOL=-VZ。积分器作正方向积分，v O1线性上升，v p随着上升，当v p0时，即v o1R 2/R3*,比较器翻转为高电平，v O2=VOH=+VZ。积分器又开始作负方向积
6、分，v O1线性下降，v p随着下降，当v p0时，即v o1R 2/R3*,比较器翻转为低电平，vO2=VOH=-VZ。低频函数信号发生器设计实验报告取C三种值:0.1uF 对应10-100Hz； 0.01uF 对应100-1kHz； 0.001uF 对应1k-10kHz 。调节R23的比值可调节幅度，再调节R，可调节频率大小。2、正弦波转换电路常用方法有使用傅里叶展开的滤波法，使用幂级数展开的运算法，和转变传输比例的折线法。但前二者由于其固有的缺陷：使用频率小，难以用电子电路实现的原因，在本实验中舍弃，而采取最普遍的折线法。折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的
7、转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逼近，输出近似的正弦电压波形。由于电子器件（如半导体二极管等）特性的理想性，使各段折线的交界处产生了钝化效果。因此，用折线法实现的正弦函数转换电路，实际效果往往要优于理论分析结果。用折线法实现正弦函数的转换，可采用无源和有源转换电路形式。无源正弦函数转换电路，是指仅使用二极管和电阻等组成的转换电路。根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）低频函数信号发生器设计实验报告二极管通路以改变转换网络的衰减比，输出近似的正弦电压波形。有源正弦函数转换电路除二极管、电阻网络
8、外，还包括放大环节。也是根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）网络通路以改变转换电路的放大倍数，输出近似的正弦电压波形。有源正弦函数 若设正弦波在过零点处的斜率与三角波斜率相同，即 低频函数信号发生器设计实验报告则有 ，由此，可推断出各断点上应校正到的电平值：方案一，使用二极管控制形成比例放大器，使得运放在不同时间段有不同的比例系数低频函数信号发生器设计实验报告方案二，用二极管网络，实现逐段校正，运放A组成跟随器，作为函数转换器与输出负载之间的隔离（或称为缓冲级） 。低频函数信号发生器设计实验报告当输入三角波在T/2 内设置六个断点以进行七段校正后，可得到正弦波的非线性失真度大致在1.8
9、 % 以内， 若将断点数增加到12 个时，正弦波的非线性失真度可在0.8 %以内。3 输出级电路 根据不同负载的要求，输出级电路可能有三种不同的方式。 (1)电压源输出方式 低频函数信号发生器设计实验报告电压源输出方式下，负载电阻R L通常较大，即负载对输出电流往往不提出什么要求， 仅要求有一定的输出电压。同时，当负载变动时，还要求输出电压的变化要小，即要求输出级电路的输出电阻R O足够小。为此，必须引入电压负反馈图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为15V时，则VOPP =(12 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图12（b）所示。(2) 电流源输出方式在电流源输出方式下，负载希望得到一定的信号电流，而往往并不提出对输出信号电压的要求。同时，当负载变动时，还要求输出电流基本恒定，即要求有足够大的输出电阻Ro。为此，需引入电流负反馈。
