函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與調(diào)試

1、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生三角波、正弦波、方波信號(hào)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。二、設(shè)計(jì)要求基本要求：信號(hào)頻率范圍 1Hz20kHz正弦波峰峰值 3V 幅值可調(diào)方波峰峰值 5V 幅值可調(diào)三角波峰峰值 5V 幅值可調(diào)提高要求：輸出頻率范圍上限1MHz，輸出阻抗50歐三、實(shí)現(xiàn)方法參考（1）用分立元件、晶體管、集成運(yùn)放等通用器件制作組成函數(shù)發(fā)生器，要求給出仿真結(jié)果，并利用測(cè)試工具給出幾個(gè)常見的性能指標(biāo)。（2）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。如美國(guó)馬克西姆公司開發(fā)的新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)。MAX038頻率高、精度好

2、，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，MAX038都是優(yōu)選的器件。（3）利用單片機(jī)配合D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。（4）利用專用直接數(shù)字合成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率，具體實(shí)現(xiàn)可以采用CPLD或FPGA等芯片。（5）利用虛擬儀器技術(shù)，通過對(duì)聲卡的控制實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的產(chǎn)生。四、實(shí)驗(yàn)原理圖五、實(shí)驗(yàn)仿真（用multisim）方波充電時(shí)間T1為:  T1=(Rf +Rw2)Cf 放電時(shí)間T2為:     T2=(Rf +Rw1)Cf 波形的占空比D為: 

3、60;  D=T1/(T1+T2)調(diào)節(jié)電位器Rw,可以改變振蕩頻率,但三角波的幅值也隨之變化.一般采用調(diào)節(jié)Rw來調(diào)節(jié)電路從而調(diào)節(jié)波形輸出不失真。 三角波三角波和方波發(fā)生器  如把滯回比較器和積分器首尾相接形成反饋閉環(huán)系統(tǒng),則比較器輸出的方波經(jīng)積分器積分可到三角波,三角波有觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波,這樣可構(gòu)成三角波,方波發(fā)生器.由于采用運(yùn)放組成的積分器電路,因此可以實(shí)現(xiàn)恒流充電,使三角波線性大大改善.充電時(shí)間T1為:  T1=2R1R4C/R2放電時(shí)間T2為:  T2=2R1R5C/R2波形的占空比為:  D=T1/(T1+T2)=1/(R5/

4、R4)調(diào)節(jié)R5可以調(diào)節(jié)占空比D.正弦波RC串,并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò),R1,R2,Rw及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié).調(diào)節(jié)Rw,可以改變負(fù)反饋深度,以滿足振蕩的振幅條件和改善波形.利用兩個(gè)二極管D1,D2正向電阻的非線性特征來實(shí)現(xiàn).且輸出波形正,負(fù)半周對(duì)稱.R3的接入是為了削弱二極管的非線性影響,以改善波形失真.電路的振蕩頻率    fo=1/2RC起振的幅值條件    RF/R1>2七.測(cè)量結(jié)果驗(yàn)算：對(duì)于圖7所示電路，其性能指標(biāo)的測(cè)量值如下表：表7-函數(shù)發(fā)生器性能指標(biāo)測(cè)試C1=10F頻率范圍 10

5、0HZ1KHZ RP1變化范圍 0100KC2=1F110KHZ147K頻率f=1KHZ方波         方波Vp-p          Vtr22V          24V三角波Vp-p4.5V八.誤差分析：(1)根據(jù)性能指標(biāo)從而測(cè)量誤差分別為：方   波:rvp-p=（24-22）/24=

6、8.33%rvtr=(29-24)/29=17.2%三角波:rvp-p=(6-4.5)/6=25%(2)誤差分析1.輸出電壓Vp-p2Vcc，因?yàn)檫\(yùn)放輸出級(jí)是由NPN型或PNP型兩種晶體管組成的復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響，使方波輸出幅度小于電源電壓值。2.方波的上升時(shí)間tr，主要受運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率的限制。如果輸出頻率較高，則可接入加速電容C1（C1一般為幾十皮法）?？捎檬静ㄆ鳎ɑ蛎}沖示波器）測(cè)量tr九.電路安裝與調(diào)試技術(shù)：由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，故這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，在安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，否則電路可能會(huì)不起振。如果電路接線正確，則在接通電源后，A1的輸出vo1為方波，A2的輸出vo2為三角波，微調(diào)RP1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。十.實(shí)驗(yàn)總結(jié)：1次實(shí)驗(yàn)掌握了方波-三角波函數(shù)發(fā)生器的工程設(shè)計(jì)估算方法，掌握了函數(shù)發(fā)生器的主要性能指標(biāo)及其測(cè)量方法。尤其對(duì)如何改變函數(shù)發(fā)生器的波形的體會(huì)較深。2進(jìn)一步熟悉了示波器，信號(hào)發(fā)生器和萬用表