函數(shù)發(fā)生器設計要求的方案選取
函數(shù)發(fā)生器設計要求的方案選取
函數(shù)發(fā)生器是種多波形的信號源。它可以產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波，甚至意波形。有的函數(shù)發(fā)生器還具有調制的能，可以行調幅、調頻、調相、脈寬調制和VCO控制。
如何設計
設計個函數(shù)發(fā)生器使得能夠產生方波、三角波、正弦波。
頻率范圍 10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz
頻率控制方式 通過改變RC時間常數(shù)手控信號頻率
通過改變控制電壓Uc實現(xiàn)壓控頻率VCF
輸出電壓 正弦波Upp≈3 V 幅度連續(xù)可調;
三角波Upp≈5 V 幅度連續(xù)可調;
方波Upp≈14 V 幅度連續(xù)可調.
波形性 方波上升時間小于2s;
三角波非線性失真小于1%;
正弦波諧波失真小于3%。
設計要求
(1) 根據(jù)術標要求及實驗室條件自選方案設計出原理電路圖，分析作原理，計算元件參數(shù)。
(2) 列出所有元、器件清單報實驗室備件。
(3) 安裝調試所設計的電路，使之達到設計要求。
(4) 記錄實驗結果。
1、函數(shù)發(fā)生器的組成
函數(shù)發(fā)生器般是能自動產生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運放及分離元件構成;也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。
函數(shù)發(fā)生器是種多波形的信號源。它可以產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波，甚至意波形。有的函數(shù)發(fā)生器還具有調制的能，可以行調幅、調頻、調相、脈寬調制和VCO控制。
方案選取
()方案:三角波變換成正弦波
由運算放大器單路及分立元件構成，方波--三角波--正弦波函數(shù)發(fā)生器電路組成如圖1所示，由于術難點在三角波到正弦波的變換，故以下將詳細介紹三角波到正弦波的變換。
1。利用差分放大電路實現(xiàn)三角波--正弦波的變換
波形變換的原理是利用差分放大器的傳輸性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示。由圖可以看出，傳輸性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。方案:用差分放大電路實現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運放組成的電路實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器
2。 用二管折線近似電路實現(xiàn)三角波--正弦波的變換
二管折線近似電路 圖3
根據(jù)二管折線近似電路實現(xiàn)三角波--正弦波的變換的原理圖，可得其輸入、輸出性曲線如入3所示。
頻率調節(jié)分設計時，可按三個頻率段給定三個電容值:1000pF、0.01Μf、0.1μF然后再計算R的大小。手控與壓控分線路要求更換方便。為滿足對方波前后沿時間的要求，以及正弦波作頻率(10kHz)的要求，在積分器、器、正弦波轉換器和輸出中應選用Sr值較大的運放(如LF353)。為保證正弦波有較小的失真度，應正確計算二管網(wǎng)絡的電阻參數(shù)，并注意調節(jié)輸出三角波的幅度和對稱度。輸入波形中不能含有直流成分。
(二)方案二:用二管折線近似電路以及集成運放組成的電路實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器
圖是由μA741和5G8038組成的密壓控震蕩器，當8腳與連續(xù)可調的直流電壓相連時，輸出頻率亦連續(xù)可調。當此電壓為小值(近似為0)時。輸出頻率低，當電壓為大值時，輸出頻率;5G8038控制電壓有效作用范圍是0-3V。由于5G8038本身的線性度僅在掃描頻率范圍10:1時為0.2%，更大范圍(如1000:1)時線性度隨之變壞，所以控制電壓經μA741后再送入5G8038的8腳，這樣會有效地改善壓控線性度(優(yōu)于1%)。若4、5腳的外接電阻相等且為R，此時輸出頻率可由下式決定:
f=0.3/RC4
設函數(shù)發(fā)生器作頻率為2kHz，定時電容C4可由上式求得。
電路中RP3是用來調整頻端波形的對稱性，而RP2是用來調整低頻端波形的對稱性，調整RP3和RP2可以改善正弦波的失真。穩(wěn)壓管VDz是為了避免8腳上的負壓過大而使5G8038作失常設置的。
(三)方案三:用單片集成函數(shù)發(fā)生器5G8038
可行性分析:
上面三種方案中，方案與方案二中三角波--正弦波分原理雖然不樣，但是他們有共通的地方就是都要人為地搭建波形變換的電路圖。而方案三采用集成芯片使得電路大大簡化，但是由于實驗室條件和成本的限制，我們拋棄的是三種方案，因為它是犧牲了成本來換取的方便。其次是對方案與方案二的，方案中用的是電容和電阻運放和三管等電器原件，方案二是用的二管、電阻、三管、運放等電器原件，所以從簡單而且便于購買的前提出發(fā)我們選擇方案為我們終的設計方案。
參數(shù)確定
從電路的設計過程來看電路分為三分:①正弦波分②方波分③三角波分
正弦波分
由于我們選取差分放大電路對三角波--正弦波
行變換，要成的作是選定三管，我
們現(xiàn)在選擇KSP2222A型的三管，其靜態(tài)曲線圖
像如右圖所示。
根據(jù)KSP2222A的靜態(tài)性曲線，選取靜態(tài)
作區(qū)的中心
由直流通路有:
20 k
因為靜態(tài)作點已經確定，所以靜態(tài)電流變成已知。根據(jù)KVL方程可計算出鏡像電流源中各個電阻值的大小:
可得
焊接調試
()按照方案的電路圖焊接好電路板。
(二)調試前，將電路板接入±12伏電壓，地線與電源處公共地線連接.
頻率范圍
為便于測量,將電路板上的方波信號接入示波器,并合上C1=10µF的開關，斷開C2=1uF的開關,然后調節(jié)RP2,并測出此時方波信號頻率的變化范圍;
以上頻率并未到達要求的標范圍，經分析原因在于:
通過對比，發(fā)現(xiàn)頻率范圍整體下移，這里可能存在兩個原因，是反饋通道上的 存在磨損，使電阻值達不到計算的數(shù)值。二是三角波運放上的反向端的電阻 也存在 樣的問題。
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