函数发生器的设计.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流函数发生器的设计.精品文档. 三明学院 设计(论文)课 题 名 称 函数发生器的设计 学 生 姓 名 陈细清 学 号 20070623220 系、年级专业 物理与机电工程 07电子信息工程技术(2)班 指 导 教 师 蔡少川 职 称 副教授 2009年 12 月 19 日 目 录摘 要 1导 言 1一. 设计任务和要求 2二 .方案论证与比较 2 2.1系统功能分析 2 2.2方案论证 2三. 基本原理 2四. 设计过程 24.1 方波-=三角波产生电路的设计 24.2、 三角波-正弦波变换电路的设计 6五. 调试要点 75.1.方波-三角波
2、发生器的装调 75.2.三角波-正弦波变换电路的调试 85.3、误差分析及改善措施 9六. 心得体会 9七参考文献 9函数发生器的设计陈细清三明学院07级电子信息工程技术(2)福建三明 365004摘 要 信号发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。常用超低频信号发生器的输出只有几种固定的波形,不能更改。本系统本课题将介绍由集成运算放大器与晶体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,了解多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点, 进一步掌握波形参数的测试方法。制作这种低频的函数信号发生器成本较低,适合学生学习电子技术测量使用。制作时只
3、需要个别的外部元件就能产生从110HZ,10100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。其中比较器与积分电路和反馈网络(含有电容元器件)组成振荡器,其中比较器产生的方波通过积分电路变换成了三角波,电容的充,放电时间决定了三角波的频率。最后利用差分放大器传输特性曲线的非线性特点将三角波转换成正弦波。关键词 : LM747、比较器、积分电路、反馈网络、晶体差分放大器、函数发生器 设计Abstract Signal generator is a common signal source, widely used in electronic cir
4、cuits, automatic control systems, and teaching experiments and other fields. Commonly used ultra-low frequency signal generators output is only a few fixed waveforms, can not be changed. The system will introduce this topic by an integrated op-amp differential amplifier and crystal composed of squar
5、e wave triangle wave - - sine wave function generator design approach to understand the multi-function signal generator IC functions and characteristics, further understand the waveform parameter method. The production of such low-frequency signal generator function of lower cost, suitable for stude
6、nts to learn the use of electronic technology measurement. When making a separate external components only need to be able to generate from the 1-10HZ ,10-100HZ, low-distortion sine wave, triangle wave, square wave pulse signal, etc. Output waveform of the frequency and duty cycle can also be contro
7、lled by a current or resistance. The more devices and integral circuits and feedback network (with capacitance components) composed of oscillator, which produces a square wave comparator circuit through the integral transforms into triangular wave, capacitive charge and discharge time determines the
8、 triangle wave frequency. Finally the differential amplifier transfer characteristic curve of non-linear characteristics of the triangular wave into sine wave. Keywords: LM747, comparator, integral circuit, feedback network, crystal differential amplifier, function generator design导 言 在电子工程、通信工程、自动控
9、制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域,经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展,用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比,其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标,都有了很大的提高。函数发生器一般指能自动发生正弦波,三角波,方波和锯齿波,阶梯波等信号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,也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论和实验调试技术,本课题将介绍由集成运算放大器与晶体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。 一、设计任
10、务和要求任务:设计一个方波-三角波-正弦波函数发生器要求: (1)频率范围:110HZ,10100HZ (2)输出电压:方波;三角波;正弦波 (3)波形特性:方波;三角波非线性失真系数Y1;正弦波非线性失真系数Y2二、方案论证与比较 2.1系统功能分析 本设计的核心问题是信号的控制问题,其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中,我们综合考虑了以下三种实现方案: 2.2方案论证 方案一采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高,而且
11、容易产生过多的杂散分量,难以达到较高的频谱纯度。 方案二采用锁相环式频率合成器。利用锁相环,将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性,可以很好地选择所需要频率信号,抑制杂散分量,并且避免了量的滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间较长,故频率转换时间较长。而且,由模拟方法合成的正弦波的参数,如幅度、频率 相信都很难控制。 方案三:采用集成运算放大器与晶体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,制作一种函数信号发生器。经多种方案的比较论证,由于本实验任务:设计一个方波-三角波-正弦波函数发生器频
12、率范围:110HZ,10100HZ ;输出电压:方波;三角波;正弦波;波形特性:方波,三角波非线性失真系数Y1,正弦波非线性失真系数Y2。所以采用第三种方案制作成本较低且能满足本实验的基本要求,产生低频的方波;三角波;正弦波的信号。三、基本原理产生正弦波,三角波,方波的电路方案有多种,这里介绍一种能够产生方波三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法,其电路框图如图1所示。 图1 函数发生器组成框图 图中的比较器与积分电路和反馈网络(含有电容元器件)组成振荡器,其中比较器产生的方波通过积分电路变换成了三角波,电容的充,放电时间决定了三角波的频率。最后利用差分放大器传输特性曲线的非线性特点将三
13、角波转换成正弦波。四、设计过程4.1、方波-=三角波产生电路的设计如图2所示电路能自动产生方波-三角波信号。图2 方波三角波产生电路其中运算放大器IC1与R1,R2及R3,RP1组成一个迟滞比较器,C1为翻转加速器。迟滞比较器的Ui(被比信号)取自积分器的输出,通过R1接运放的同相输入端,R1称为平衡电组;迟滞比较器的UR(参考信号)接地,通过R2运放的反相输入端。迟滞比较器输出U01的高电平等于正电源电压+VCC,低电平等于负电源电压-VEE(VEE=-VEE)当U+ U-时,U01输出从高电平+VCC翻转到低电平-VEE;当U+ U-时,输出U01从低电平-VEE跳到高电平+VCC。 若U
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