1、 模 拟 电 子 技 术 课 程 设 计 报 告课 程 名 称 模 拟 电 子 技 术 基 础 设 计 题 目 函 数 信 号 发 生 器 设 计 所 学 专 业 名 称 自 动 化 班 级 电 类 105 班 学 号 2010210407 学 生 姓 名 吕 金 龙 指 导 教 师 赵 俊 梅 2011 年 12 月 20 日模拟电子技术课程设计任 务 书设计（论文）名称： 函数信号发生器的设计 系(部)、专业：自 动 化 学生姓名： 吕金龙 指导教师： 赵俊梅 下达时间：2011.12.20 一、课程设计应达到的目的：1掌握电子系统的一般设计方法2掌握模拟IC器件的应用3培养综合应用所学知
2、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二、课程设计任务和基本要求设计任务：设计方波、三角波、正弦波函数信号发生器基本要求：1方波：要求分别设计出频率可调和占空比可调电路2三角波：正常起振，并且幅度和频率一定范围内可调3正弦波：正常起振，并且幅度和频率一定范围内可调函数信号发生器的设计1 方波（占空比可调）函数信号发生器 1.1 方波（占空比可调）函数信号发生器波应用意义方波信号是一种应用极为广泛的信号，它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常普遍。它通常作为为标准信号，应用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的方波信
3、号检测一些物理量。所以研究多谐振荡方波发生器具有非常重要的现实意义。1.2 方波（占空比可调）函数信号发生器要求及技术调节 Rw 电阻器可以看出其占空比的大概范围在 20%80%间，可知也是达到了要的占空比范围。1.3 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
4、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。通过对方波发生电路的分析，可以想象，与改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同，即两个充电的参数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路。当 u。=Uz 时，U。通过 Rw1、D1
5、 和 R3 对电容 C 正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻时间常数为（Rw1/Rw2+R3)C 由此表明改变电位器的滑动端可用改变占空比，但周期不变。占空比为（Rw1+R3）/(Rw2+2R3)1.4 原理框图 见下图（1）2 . 方波（频率可调）函数信号发生器 图（1）2.1 方波（频率可调）函数信号发生器主要参数电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为 RC，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内 U0=+Uz 的时间与 U0=Uz 的时间相等，U0 为对称方波，电容上电压 U0 是占空比为 1/2 的矩形波。根据电容上电压波形可知，在二分之一周期内，电容充电的起始值为-Ut，终了
6、值失+Ut 时间常数是 R3C 有三要素罚求出振荡频率周期 T=2R3Cln（1+2R1/R2) .震荡频率为 f=1/T 根据上式调节 R1、R2 、R3 和电容的 C 的数值可以改变电路的震荡频率。即调节滑动变阻器可以调节振荡频率了。2. 2 方波（频率可调）函数信号发生器 设计思想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
7、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。O21O121P1 uRuRu 2.3 原理框图图（2）3 三角波（正常起振，并且幅度和频率一定范围内可调）3.1 电路组成和说明 将方波电压作为积分运算电路的输入，在
8、其输出就得到三角波电压。当方波发生电路的输出电压 U01=+Uz 时，积分运算电路的输出电压 U0 将下降，而当 U01=-Uz 失 U0 将上升。由于电路中存在 RC 电路和积分电路两个延迟环节，在实际电路中去掉方波发生电路中的 RC 回路，使积分电路的输出互为另一个电路的输入，RC 回路充电方向与后者积分电路方向相反，故为了满足极性的需要，滞回比较器改为同向输入。3.2 工作原理如图（3）左边为 同向输入滞回比较器，右边为积分运算电路。图中滞回比较器的输出电压U01=Uz，它的输入电压是积分电路的输出电压 U0,根据叠加原理求得阈值电压 Ut 又因为积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压
9、 U01,而且 U01 不是+Uz 就是-Uz.求滞回比较器的电压传输特性：三要素UOH =UOL =UZ ，uI 作用于集成运放的同相输入端，求 Z21TUR合闸通电，通常 C 上电压为 0。设 uO1 uP1 uO1，直至 uO1 UZ（第一暂态） ；积分电路反向积分，t uO，一旦 uO 过 UT ，uO1 从 UZ 跃变为 UZ （第二暂态） 。积分电路正向积分，t uO， 一旦 uO 过 UT ， uO1 从 UZ 跃变为 UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。 由以上分析可知，U0 是三角波，幅值大小为 Ut；U01 是方波，幅值是 Uz。由于积分电路引入了深度负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。有波形可知，正向积分的起始值为-Ut，终了值失+Ut，积分时间为二分之一周期得出震荡周期为 T=(4R1R3C)/R2Ut=(R1/R2)Uz。有以上二式可知将 R1 换做滑动变阻器即可调节频率和幅值。)()(11O12O13O tutuCRu
