(4)能够使用电路仿真软件进行电路调试 。2 设计意义 函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一 。
在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时,都学要有信号源,由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上,用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应,以分析确定它们的性能参数 。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器 。
它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域 。设计内容 1 课程设计的内容与要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等): 1.1课程设计的内容 (1)该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波 。
(2)函数发生器以集成运放和晶体管为核心进行设计 (3)指标: 输出波形:正弦波、三角波、方波 频率范围:1Hz~10Hz,10Hz~100Hz 输出电压:方波VP-P≤24V,三角波VP-P=8V,正弦波VP-P>1V; (4)对单片集成函数发生器8038应用接线进行设计 。1.2课程设计的要求 (1)提出具体方案 (2)给出所设计电路的原理图 。
(3)进行电路仿真,PCB设计 。2 函数波形发生器原理 2.2函数波形发生器的总方案 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[3] 。
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 。
2.3函数波形发生器各组成部分的工作原理 2.3.1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2.3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[4] 。
2.3.2方波——三角波转换电路的工作原理 图2.2方波—三角波产生电路 工作原理如下: 若a点断开,整个电路呈开环状态 。运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器,C1为加速电 。