函数信号发生器 外文文献翻译资料

第一篇：函数信号发生器 外文文献翻译资料

毕业设计（论文）中英文资料

题目

函数信号发生器

专 业 名 称

电子信息工程

班 级 学 号

118501106

学 生 姓 名

蔡伟攀

指 导 教 师

邓洪峰

填 表 日 期

201 年 月

日

外文资料译文

任意波形信号发生器的设计

陈晓和陈健翔

南京工业大学电子与信息工程学院，信息科学与技术,210044中国，南京

摘要

信号发生器在电子测量仪器、电子电路、自动控制、雷达和其他电子系统的沟通中起着非常重要的作用,。直接数字合成(DDS)技术可以很容易地控制信号的频率波形的直接合成。本文设计了一个振幅和频率调制信号发生器，采用AD9850频率合成器和AT89S52单片机(SCM)为核心。详细的设计原理和思路进行了讨论。DDS芯片AD9850的用于生成波形。外部输入的频率数据可以通过简单的并行或串行通讯接口与单片机转化为芯片的频率相位控制字。幅度调制是由AD7520芯片实现。该系统不仅结构简单，易于实现，而且也方便，价格便宜。它具有理论和实用价值。

1.绪论

信号发生器可以作为信号源,它提供了一个已知的测试信号的电路。它可以用来测量感兴趣的参数。在各种实验测试应用程序和处理中,信号源作为激励源可以模拟各种测试信号,提供实际需要的电路[1]。

信号发生器在通信技术中，电子测量仪器、电子电路、自动控制、雷达和其他电子系统中发挥非常重要的作用。随着数字技术的飞速发展，出现了高精度数字-模拟转换器，通过使用多频技术，这是DDS技术产生一个标准的参考频率的数字控制方法[2].任意波形信号发生器能够满足复杂的字段，用户定义信号和计算机技术的结合，并使其更加精确和稳定。随着电子技术的发展现状，该信号发生器具有很大的应用。

2.系统

我们设计了一个信号发生器,可以产生任意波形。我们可以控制振幅和频率的大小,提供多种信号测试电路。

利用AT89S52微控制器，AD9850(DDS)和数模转换技术，完整的硬件和软件设计。通过键盘输入模块，我们可以调整波形的振幅和频率。波形生产的过程是通过微控制器来实现的。所以理论上我们可以编写一个程序来生成任意所需的波形。单片机产生数字信号。为了获得所需的波形，我们应该有一个单一的芯片变化的数字信号转化为模拟信号。

DDS芯片的AD9850是用来产生波形的。外部输入的频率数据可以通过简单的并行或串行通讯接口与单片机转化为芯片的频率相位控制字。幅度调制是由AD7520芯片实现的。该系统的设计如图1所示。

该系统使用单片机控制DDS芯片AD9850产生仪器所需的测试的信号。单片机控制多路复用器。方波或正弦波DA转换器AD7520的参考电压信号。AD7520的输出信号，经调节和放大之后，是一个15V的峰值频率的信号。经互补推挽放大电路后，我们终于得到必要的频率信号。当负荷变化时，为了确保信号的稳定性和频率峰值，放大器电路中的放大器的输出要加上适当的负反馈频率。3.硬件

该电路的设计主要是两个方面，包括硬件和软件设计。硬件部分是信号生成电路，MCU（单片机）控制电路，振幅控制电路和显示电路。软件主要由主程序和中断服务程序构成。

AT89S52是由美国ATMEL公司生产的，它是一个低电压，高性能CMOS 8位微控制器芯片具有重复包含8K字节可擦除只读闪存（Flash）程序存储器和256字节的随机存取数据存储器。AT89S52可以操作到0 Hz静态逻辑，支持两种软件可选的省电模式[3]。

在本设计中，单片机是最重要的核心组成部分。其工作时间为12MHz。内置闪存（flash）存储的工作程序。通过键盘输入，该电路可以知道需要产生的波形，振幅和频率。我们还可以调整任何波形的振幅和频率。

图1.系统方案

在这个系统中，我们使用了一个独立式键盘。该设计采用一个矩阵键盘，使用软件扫描按钮访问必要的关键信息和用软件编程实现。这样可以节省硬件资源，简化电路设计。通过矩阵键盘，我们可以很容易地设置各种微控制器。在这个设计中，P0端口连接液晶显示器，AD9850和AD7520 IC芯片是用于数据传输的链接。因为原来的I/O端口是不够的，我们需要在其他外设借口扩展微控制芯片。在这个电路中，我们使用8255芯片，这是一个可编程并行I/O接口芯片。

高度集成的频率合成器AD9850是一个典型的采用DDS技术的产品。AD9850采用先进的CMOS工艺。它的电源在3.3V时只有155mw。在扩展工业温度范围为-40〜+80摄氏度，28引脚小外形封装表面贴装形式。

AD9850 DDS系统包括可编程和高速比较器，全数字编程来实现频率合成的控制。AD9850可以产生一个模拟正弦波输出且是可编程控制的频率和相位，连接到该精确时钟和写入的频率。该正弦波的频率信号，可直接用作源或内部的高速比较器转换为方波输出.在125MHz的时钟，32位频率控制字AD9850可以输出0.0291Hz的输出频率分辨率[4]。

在这个电路设计中，从D0-D7是控制信号输入到寄存器中。在W_CLK（P3.0）的上升沿的第一个字节加载和指针移动到下一个输入寄存器。连续5上升沿，它停止工作。然后当上升沿FQ_UD（P3.1），数据被加载到频率/相位寄存器。在这个时候DDS的输出频率和相位更新。然后，指针重置电路等待下一个频率/相位控制字的输入。

显示模块。考虑到实际情况，我们采用点阵LED实现显示。LCD1602显示输出波形的平率、振幅以及特定类型。LCD1602和8255芯片PA口相连。三个端子RS，RW，E分别连接在微控制器P2.7-P2.5。该软件可以控制波形的显示和波形频率的类型。

RS是一个选择寄存器是选择数据寄存器高，低，指令寄存器。RW为读写信号线，高为读取、低为写入操作。当RS和RW为低，液晶可以写入指令或者显示地址。当RS低和RW是高时，LCD可被读取。当RS为低和高-RW时，液晶可以被写入数据。E引脚是能源方面。当E引脚从高电平变为低电平，在LCD上执行命令。

AD9805输出恒定的波幅度。我们使用一个D / A转换器AD7520实现幅度的调整。AD7520芯片的内部电阻网络是由一个可编程可变增益放大器。AD7520集成了10个模拟开关的电阻网络是可编程的。内部电阻器网络与AD7520可编程放大器被用作电路的增益[5]。

倍率可以在1到1024之间调整，只要改变BIT1-BIT10相应的逻辑状态变化可以控制放大倍数。当BIT1-BIT10是3FFH，放大倍率为1倍，这为0dB。当是98H，放大率是10倍，这为20dB。为了实现可编程增益，我们连接的74LS373 PC端口和单片机的P2口与AD7520引脚BIT1-BIT10。通过程序，微控制器控制I/ O口输出状态来完成可编程增益[5]。该系统需要一个5V直流电源提供给所有电路。直流电源一般由电源变压器，整流器，滤波器电路和电压调节器组成的。

电力变压器的作用是将220V交流电压功率转换为整流滤波电路所需的交流电压。整流器的作用是将交流电压转换成直流电压的单脉冲。滤波电路是滤除整流后的输出电压纹波。整流电路的输出之后，波形仍含有大量的AC分量而会影响负载电路的正常运行。我们需要通过滤波电容器的纹波过滤。滤波电路是用电容滤波电路。

固定输出电压调节部分选用三端集成稳压器。采用三端稳压器可以很容易地集成固定输出电源集成形式。

4.软件

软件采用C语言编程并且不同功能模块的程序是通过模块化的程序设计思想实现的。这种结构化方法使程序层次清晰，便于使用、维护和调试。该软件设计完成的信号发生器的所有功能管理，由初始化模块、功能模块两部分组成。初始化模块是为各种硬件寄存器，数据寄存器，和显示装置的初始化。

初始化模块设计是由四个部分组成，微处理器的初始化，AD9850芯片的初始化，AD7520芯片的初始化和LCD1602的初始化。

功能模块是一个显示模块、键盘输入模块和信号调节模块和振幅组件。键盘模块主要是用于设置的频率、相位和振幅。

主系统的软件编程方法使用结构方法。该功能模块由主程序分离和子程序产生的波形。延迟可以插入改变频率。

首先，我们进行了微控制器，AD9850，AD7520和液晶显示器的初始化。然后我们通过键盘选择波形。频率调节是通过AD9850芯片完成，波形振幅调制可以通过AD7520芯片来实现

整个过程实现了以下功能：插上电源，液晶显示器，然后循环。如果一个键被检测到，它被暗示电路开始传输数字。程序继续检测键盘和不同的密钥的控制具有不同的功能。

只要信号生成模块通过键盘控制输出的几个基本波形，AD9850芯片可以通过线性组合产生不同的波形具有不同的频率。振幅是相对稳定的。

5.结论

所设计的信号发生器主要由单片机AT89S52，DDS芯片AD9850，AD7520芯片，显示电路和滤波电路。单片机控制整个电路，由AD9850芯片产生信号的频率。信号通过滤波器电路滤波。在单片机AT98S52的控制下，AD7520芯片调制信号的振幅。我们可以通过显示电路观察信号的频率和幅度。通过使用AD9850的芯片，使得具有相当高的稳定性和产生的波非线性失真系数相对较小。该系统不仅结构简单，易于实现，而且也方便，价格便宜。它具有理论和实用价值。

致谢

这项工作是由中国国家自然科学基金（10904073号）资助。

参考文献

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[2] 沃尔特·凯斯特。直接数字频率合成（DDS）。数据转换手册，2005年，页677-691。[3] 孙华，新ATMEL公司的AT89S52单片机及其应用，2004年-北京：清华大学出版社。[4] CMOS125MHz的完整的DDS 合成器AD9850。

[5] 杰夫·沃克杰拉德Ledwich。宽带考虑多级转换器 IEEE 电力电子产品，1999年,14（1）：110221105

外文资料原文

Design of An arbitrary waveform signal generator

Xiao Chen and Jian xiang Chen School of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China Abstract

Signal generator plays a very important role in communication, electronic measuring instruments, electronic circuits, automatic control, radar and other electronic systems.Direct Digital Synthesis(DDS)technology can easily control the frequency of the signal for direct synthesis of waveforms.This paper designed a signal generator with the amplitude and frequency modulation by using AD9850 as frequency synthesizer and AT89S52 single chip microcomputer(SCM)as the core.Detailed design principle and idea are discussed.AD9850 of the DDS chip is used to generate the waveform.The frequency data of external input can be transformed to frequency phase control words of chip by simple parallel or serial communication interface with the single chip microcomputer.Amplitude modulation is realized by the AD7520 chip.The system is not only simple in structure, easy to implement, but also convenient and cheap.It has a theoretical and practical value.1.Introduction

Signal generator can be used as a signal source, which provides a known test signal to the circuit.It can be used to measure parameters of interest.In a variety of experimental test applications and processing, the signal source as the excitation source can simulate a variety of test signals, providing the practical needs to the circuit [1].Signal generator play a very important role in communications, electronic measuring instruments, electronic circuits, automatic control, radar and other electronic systems.With the rapid development of digital technology, there has been high-precision digital-analog converter,digital control method by using a standard reference frequency generated by multiple frequency technology, which is the DDS technology [2].Arbitrary waveform signal generator can meet the complex fields, user-defined signal, and the combination of computer technology and make it more accurate and stable.With the current development of electronic technology, the signal generator has a great application.2.System

We designed a signal generator, which can produce several arbitrary waveforms.We can control the size of amplitude and frequency, providing a variety of signals to the test circuit.Using AT89S52 micro controller, AD9850(DDS)and digital-analog conversion technology, we complete hardware and software design.Through the keyboard input module, we can adjust the amplitude and frequency of the waveform.Waveform generation process is achieved by the micro controller.So theoretically we can write a program to generate any desired waveform.SCM generates digital signal.In order to obtain the desired waveform, we should have a single chip changing digital signals into analog signals.AD9850 of the DDS chip is used to generate the waveform.The frequency data of external input can be transformed to frequency phase control words of chip by simple parallel or serial communication interface with the single chip microcomputer.Amplitude modulation is realized by the AD7520 chip.The system design is shown in Fig.1.The system uses SCM to control DDS chip AD9850 which produce the required signal for test instrument.SCM controls the multiplexer.The square wave or sine is DA converter AD7520's voltage reference signal.AD7520's output signal, after conditioning and amplification, is a 15V peak frequency signal.After complementary push-pull amplifier circuit, we finally get the necessary frequency signals.To ensure the signal stability peak and frequency when the load changes, the amplifier circuit in the amplifier outputs are added with the appropriate negative feedback.3.Hardware

The circuit design is mainly two aspects including hardware and software design.The hardware part is the signal generation circuit, MCU control circuit, amplitude control circuit and display circuit.Software is mainly composed of main program and interrupt routines.The core controller is AT89S52.ATMEL AT89S52 produced by the U.S.is a low-voltage, high performance CMOS 8 bit micro controller chip with repeated contains 8k byte erasable read-only Flash program memory and 256 bytes of random access data memory.AT89S52 can operate down to 0Hz static logic to support two kinds of software-selectable power-saving mode [3].In this design, SCM is the most important core component.Its work time is 12MHz.The internal flash stores the working procedures.Through the keyboard input, the circuit can know what is required to generate the waveform, the amplitude and frequency.We can also adjust any waveform of amplitude and frequency.Fig.1.The system scheme

In this system, we use an independent-type keyboard.The design uses a matrix keyboard, using the software scan button access to key information as necessary and achieving with software programming.This can save hardware resources, simplifying circuit design.By the matrix keyboard we can easily set on a variety of micro controllers.In this design, P0 port is connected with the LCD display, AD9850 and the AD7520 IC chip is for data transmission.Because the original I/O ports are not enough, we need micro controller chip on the expansion of other peripheral interfaces.In this circuit, we use the 8255 chip, which is a programmable parallel I/O interface chip.The highly integrated frequency synthesizer AD9850 is a typical use of DDS technology products.AD9850 uses advanced CMOS process.Its power supply is only 155mw at 3.3V.The extended industrial temperature range is from-40 to +80 centigrade degree with 28-pin Shrink Small Outline surface mount form.AD9850 DDS system includes programmable and high-speed comparators, all-digital programming to achieve the control of frequency synthesis.AD9850 can produce a frequency and phase is programmable control of the analog sine wave output when connected to the precision clock and the frequency of write.The sine wave frequency signal can be directly used as the source or the internal conversion of high-speed comparator for the square wave output.In the 125MHz clock, the 32-bit frequency control word can AD9850 output frequency resolution of 0.0291Hz [4].In this circuit design, the control signal input from the D0-D7 into the register.In rising edge of W_CLK(P3.0)the first byte is loaded and the pointer moves to the next input register.A continuous 5 rising edge, it stops working.Then when the rising edge FQ_UD(P3.1), the data is loaded into the frequency/phase register.At this time the DDS output frequency and phase updates.Then the pointer reset and the circuit waits for the next frequency/phase control word input.Display Module.Considering the actual situation, we adopt dot matrix LED to realize the display.LCD1602 can display the output waveform frequency, amplitude, and the specific type.LCD1602 and the PA port of 8255 chip are connected.Three terminals RS, RW, E connected the P2.7-P2.5 of micro controller respectively.The software can control the type of waveform display and waveform frequency.RS is a register choice is to select the data register high, low, the instruction register.RW is the read write signal line, height is read, and write operation is low.When the RS and RW are low, the LCD can be written instruction or display the address.When RS is low and RW is high, the LCD can be read.When RS is low and high-RW, the LCD can be written data.E pin is the energy side.When the E pin is from high to low, the LCD execute commands.AD9805 outputs constant wave amplitude.We use a D/A converter AD7520 to achieve amplitude adjustment.The internal resistor network of AD7520 chip is composed of a programmable variable gain amplifier.AD7520 integrates the resistance network of 10 analog switches which are programmable.Internal resistor network with the AD7520 programmable amplifier are used as gain of the circuit [5].Magnification can be adjusted between 1 to 1024, as long as the change BIT1-BIT10 the corresponding bit changes logic state can control the magnification.When BIT1-BIT10 is 3FFH, the magnification is 1 time, which is 0dB.When 98H, the magnification is10 times, which is 20dB.To realize Programmable gain, we connect PC port of 74LS373 and P2 port of SCM with AD7520 pin BIT1-BIT10.Through program, the micro controller control I/O port output state to complete the programmable gain [5].The system requires a 5V DC power supply to all circuits.DC power supply is generally composed of power transformer, rectifier, filter circuit and the voltage regulator circuit.The role of power transformer is to transform 220V AC voltage power into AC voltage required by rectifier filter circuit.The role of rectifier is to transform AC voltage into DC voltage single pulse.Filter circuit is to filter out the rectified output voltage ripple.After the rectification circuit output, the waveform still contains a large AC component which will affect the normal operation of the load circuit.We need to filter through the filter capacitor ripple.Filter circuit is with capacitor filter circuit.Fixed output voltage regulator part selects three-terminal integrated voltage regulator.The use of three terminal regulator can be easily integrated form of fixed output power supply.4.Software

The software design adopts C programming language and programs different functional modules by the modularization program design idea.This structured approach enables program-level clarity, ease of use, maintenance, and debugging.The software design completes management of all the features of the signal generator, the initialization module, and the function modules of two parts.Initialization module is for the various hardware registers, data registers, and display device initialization.Initialization module design is composed of four parts-the microprocessor initialization, AD9850 chip initialization, AD7520 chip initialization and LCD1602 initialization.Function module is a display module, keyboard input module and signal conditioning modules and amplitude components.The keyboard module is mainly used to set the frequency, phase and amplitude.The main system software programming method uses the structural method.The function modules separate from the main program and subprograms generated waveforms.Delay can be inserted to change the frequency.Firstly, we perform the initialization of the micro controller, AD9850, AD7520 and LCD displays.Then we choose waveform by keyboard.The frequency adjustment is done through the AD9850 chip and the waveform amplitude modulation can be accomplished through the AD7520 chip.The entire process to achieve the following functions: plug in the power, the liquid crystal display, and then loop.If a key is detected, it is implied that data transmission circuit begins.The program continues to detect the keyboard and the control of different keys have different functions.As long as the signal generation module outputs a few basic waveforms through the keyboard control, AD9850 chip can produce different waveforms with different frequencies through the linear combination.The amplitudes are relatively stable.5.Conclusion

The designed signal generator is mainly composed of AT89S52 single chip microcomputer, AD9850 DDS chip, AD7520 chip, display circuit and filter circuit.The single chip microcomputer controls the whole circuit, the signal frequency generated by the AD9850 chip.The signal is filtered through the filter circuit.The AD7520 chip adjusts the signal amplitude under the control of the AT89S52 single chip microcomputer.We can observe frequency and amplitude of the signal through display circuit.By using the AD9850 chip, it is relatively high stability and the wave generated by the nonlinear distortion factor is relatively small.The system is not only simple in structure, easy to implement, but also convenient and cheap.It has a theoretical and practical value.Acknowledgements

This work is supported by National Natural Science Foundation of China(No.10904073).References

[1] Yong lun Wan, Qiang Si, You xin Lu, Xue gang Wang.Ultra-wideband radar signals generated technology with two-channel.Signal Processing, Volume 87, Issue 12, 2007, Pages 3101-3107.[2] Walt Kester.Direct Digital Synthesis(DDS).Data Conversion Handbook, 2005, Pages 677-691.[3] Y.SUN, The new ATMEL's AT89S52 and its applications, 2004-Beijing: Tsinghua University Press.[4] CMOS 125MHz complete DDS synthesizerAD9850.[5] Geoff Walker , Gerard Ledwich.Bandwidth Considerations for Multilevel Converters.IEEE Transactions on Power Electronics, 1999, 14(1): 110221105

第二篇：函数信号发生器设计外文资料及翻译

函数信号发生器设计外文资料及翻译

英文资料原文

WAVE-FORM GENERATORS 1.The Basic Priciple of Sinusoidal Oscillators

Many different circuit configurations deliver an essentially sinusoidal output waveform even without input-signal excitation.The basic principles governing all these oscillators are investigated.In addition to determining the conditions required for oscillation to take place, the frequency and amplitude stability are also studied.Fig.1-1 show an amplifier, a feedback network, and an input mixing circuit not yet connected to form a closed loop.The amplifier provides an output signal Xo as a consequence of the signal Xi applied directly to the amplifier input terminal.The output of the feedback network is XfFXOAFXi and the output lf the mixing circuit(which is now simply an inverter)is

X'fXfAFXi

Form Fig.1-1 the loop gain is Loop gain=X'fXiXfXiFA

Fig.1-1 An amplifier with transfer gain A and feedback network F not yet connected to form a closed loop.Suppose it should happen that matters are adjusted in such a way that the signalX'fis identically equal to the externally applied input signalXi.Since the amplifier has no means of distinguishing the source of the input signal applied to it, it would appear that, if the external source were removed and if terminal 2 were connected to terminal 1, the amplifier would continue to provide the same output signal Xo as before.Note, of course, that the statement X'f=Ximeans that the instantaneous values of X'fandXiare exactly equal at all times.The conditionX'f=Xiis equivalent toAF1, or the loop gain must equal unity.The Barkhausen Criterion

We assume in this discussion of oscillators that the entire circuit operates linearly and that the amplifier or feedback network or both contain reactive elements.Under such circumstances, the only periodic waveform which will preserve, its form is the sinusoid.For a sinusoidal waveform the conditionXiX'fis equivalent to the condition that the amplitude, phase, and frequency ofXiandX'fbe identical.Since the phase shift introduced in a signal in being transmitted through a reactive network is invariably a function of the frequency, we have the following important principle: The frequency at which a sinusoidal oscillator will operate is the frequency for which the total shift introduced, as a signal proceed from the input terminals, through the amplifier and feedback network, and back again to the input, is precisely zero(or, of course, an integral multiple of 2).Stated more simply, the frequency of a sinusoidal oscillator is determined by the condition that the loop-gain phase shift is zero.Although other principles may be formulated which may serve equally to determine the frequency, these other principles may always be shown to be identical with that stated above.It might be noted parenthetically that it is not inconceivable that the above condition might be satisfied for more than a single frequency.In such a contingency there is the possibility of simultaneous oscillations at several frequencies or an oscillation at a single one of the allowed frequencies.The condition given above determines the frequency, provided that the circuit will oscillate ta all.Another condition which must clearly be met is that the magnitude of Xiand X'fmust be identical.This condition is then embodied in the follwing principle: Oscillations will not be sustained if, at the oscillator frequency, the magnitude of the product of the transfer gain of the amplifier and the magnitude of the feedback factor of the feedback network(the magnitude of the loop gain)are less than unity.The condition of unity loop gainAF1is called the Barkhausen criterion.This condition implies, of course, both that AF1and that the phase of –A F is zero.The above principles are consistent with the feedback formula AfA.For if 1FAFA1, thenAf, which may be interpreted to mean that there exists an output voltage even in the absence of an externally applied signal voltage.Practical Considerations

Referring to Fig.1-2, it appears that if FA at the oscillator frequency is precisely unity, then, with the feedback signal connected to the input terminals, the removal of the external generator will make no difference.If FA is less than unity, the removal of the external generator will result in a cessation of oscillations.But now suppose that FA is greater than unity.Then, for example, a 1-V signal appearing initially at the input terminals will, after a trip around the loop and back to the input terminals, appear there with an amplitude larger than 1V.This larger voltage will then reappear as a still larger voltage, and so on.It seems, then, that if FA is larger than unity, the amplitude of the oscillations will continue to increase without limit.But of course, such an increase in the amplitude can continue only as long as it is not limited by the onset of nonlinearity of operation in the active devices associated with the amplifier.Such a nonlinearity becomes more marked as the amplitude of oscillation increases.This onset of nonlinearity to limit the amplitude of oscillation is an essential feature of the operation of all practical oscillators, as the following considerations will show: The condition FA1 does not give a range of acceptable values of FA, but rather a single and precise value.Now suppose that initially it were even possible to satisfy this condition.Then, because circuit components and, more importantly, transistors change characteristics(drift)with ahe, temperature, voltage, etc., it is clear that if the entire oscillator is left to itself, in a very short time FA will become either less or larger than unity.In the former case the oscillation simply stops, and in the latter case we are back to the point of requiring nonlinearity to limit the amplitude.An oscillator in which the loop gain is exactly unity is an abstraction completely unrealizable in practice.It is accordingly necessary, in the adjustment of a practical oscillator, always to arrange to have FA somewhat larger(say 5 percent)than unity in order to ensure that, with incidental variations in transistor and circuit parameters, FA shall not fall below unity.While the first two principles stated above must be satisfied on purely theoretical grounds, we may add a third general principle dictated by practical considerations, i.e.: In every practical oscillator the loop gain is slightly larger than unity, and the amplitude of the oscillations is limited by the onset lf nonlinearity.Fig.1-2 Root locus of the three-pole transfer function in the s-plane.The poles without feedback(FA0are

0)2.Triangle/square generation s1,s2,ands3,whereas the poles after feedback is added are s1f,s2f,and s3f.Fig.2.1 shows a function generator that simultaneously produces a linear triangular wave and a square wave using two op-amps.IntegratorIC1is driven from the output ofIC2where IC2is wired as a voltage comparator that’s driven from the output of IC1via voltage divider R2--R3.The square-wave output of IC2switches alternately between positive and negative saturation levels.Suppose, initially, that the output of IC1is positive, and that the output of IC2has just switched to positive saturation.The inverting input of IC1is at virtual ground, so a current IR1equalsIR1VSAT.BecauseR1andC1are in series, IR1and R1IC1 are equal.Yet, in order to maintain a constant current through a capacitor, the voltage across that capacitor must change linearly at a constant rate.A linear voltage ramp therefore appears acrossC1,causing the output ofIC1to start to swing down luinearly at a rate of 1/C1volts per second.That output is fed via theR2--R3divider to the non-in-verting input ofIC2.Fig.2.1 Basic function generator for both triangular, and square waves.Consequently, the output ofIC1swings linearly to a negative value until theR2--R3junction voltage falls to zero volts(ground), at which point IC2enters a regenerative switching phase where its output abruptly goes to the negative saturation level.That reverses the inputs of IC1andIC2, soIC1output starts to rise linearly until it reaches a positive value that causes the R2--R3junction voltage to reach the zero-volt reference value, which initiates another switching action.The peak-to-peak amplitude of the linear triangular-waveform is controlled by the R2--R3ratio.The frequency can be altered by changing either the ratios of R2--R3, the values of R1orC1, or by feeding R1from the output of IC2through a voltage divider rather than directly from op-ampIC2output.英文资料译文

波形发生器

译者：张绪景

1.正弦振荡器基本原理

许多不同组态的电路，即使在没有输入信号激励的情况下，也能输出一个基本上是正弦形的输出波形。我们将在下文讨论所有这些振荡器的基本原理，除了确定产生振荡所需的条件之外，还研究振荡频率和振幅的稳定问题。

图1.1表示了放大器、反馈网络和输入混合电路尚未连成闭环的情况。当信号Xi直接加到放大器的书入端时，放大器提供一个输出信号Xo。反馈网络的输出为XfFXOAFXi，混合电路（现在就是一个反相器）的输出为

X'fXfAFXi

由图1-1，环路增益为

环路增益=

X'fXiXfXiFA

图1-1 尚未连成闭环的增益为A的放大器和反馈网络F

假定恰好将信号X'f调整到完全等于外加的输入信号Xi。由于放大器无法辨别加給它的输入信号的来源，于是就会出现如下情况：如果除去外加信号源，而将2端同1端接在一起，则放大器将如以前一样，继续提供一个同样的输出信号Xo。当然要注意，X'f=Xi这种说法意味着X'f和Xi的瞬时值在所有时刻都完全相等。条件X'f=Xi等价于AF1，即环路增益必须等于1。

巴克豪森判据

在以下关于振荡器的讨论中我们假定，整个电路工作在线形 状态，并且放大器或反馈网络或它们两者是含有电抗元件的。在这些条件下，能保持波形形状的唯一周期性波形是正弦波。对正弦波而言，条件X'f=Xi等同于Xi和X'f的幅度、相位和频率都完全一样的条件。因为信号在通过电抗网络时引入的相移总是频率的函数，所以我们有如下重要原则：

正弦振荡器的工作频率是这样一个频率，在该频率下，信号从输入端开始，经过放大器和反馈网络后，又回到输入端时，引入的总相移正好是零（当然，或者是2的整数倍）。更简单地说，正弦振荡器的频率取决于环路增益的相移为零这一条件。

虽然还可以总结出其他可用来确定频率的原则，但可以证明，它们同上述原则是一致的。附带说明一下，满足上述条件的频率可能不止一个，这并不是不可理解的。在这种偶然情况下，有可能在几个频率处同时振荡，或在所允许的几个频率中某一频率处出现振荡。

只要电路能振荡，其频率就由上述原则来确定。显然还必须满足另一个条件，即Xi和X'f的幅度必须相等。该条件概括为下述原则：

在振荡频率处，如果放大器的转移增益和反馈网络的反馈系数的乘积（环路增益的幅值）小于1，则振荡不能维持下去。

环路增益为1，即AF1这个条件叫做巴克豪森判据。当然，这个条件意味着不仅要求AF1，而且要求—AF的相位为零。上述原则与反馈公式A是一致的。因为如果AF1，则Af，这可以解释为，即使没1FA有外加信号电压，也仍然有输出电压。Af若干实际的考虑

参考图1-2可以看出，如果FA在振荡频率处正好为1，那么将反馈信号接到输入端，再除去外部信号源将不会造成任何影响。

图1-2 三级点传递函数在S平面上的根轨迹。无反馈时（FA00）的极点是s1,s2和s3。而加

入反馈后的极点是s1f,s2f和s3f 如果FA小于1，那么除去外部信号源将会导致停振。现在假定FA大于1，那么，最初出现在输入端的信号，例如是1v，再绕路一周又回到输入端时，其幅值将大于1v。然后这个较大的电压又会以更大的电压再出现于输入端，如此循环往复。于是，似乎FA在不受放大器中有源器件的非线性的限制时，振幅的增大才能继续下去。随着振幅的增大，有源器件的非线性变得更加明显。这种非线性的出现，就限制了震荡的幅度，这是所有实际振荡器工作的基本特征，正如以下讨论所表明的那样：条件AF1并不是给出AF的可取值范围，而是给出一个单一的精确值。限假设即使最初能满足这个条件，由于电路元件特性，特别是晶体管特性受老化、温度和电压等影响发生变化（漂移），于是很显然，如果整个振荡器听其自然，则在很短的时间内，AF就会变得不是小于1，就是大于1。在前一种情况下，只是振荡停止而已，而在后一种情况下，我们就有需要用非线性来限制振幅。环路增益正好为1的振荡器，实际上是一个根本不能实现的理想装置。所以，在实际振荡器的调试中，总是要调整AF多少比1大一些（比方说大50%），以保证在晶体管和电路参数发生偶然变化时，AF不致下降到1以下。上述两条原则是在纯理论基础上必须要满足的，同时，我们根据实际的考虑，在添上第三条一般原则，即：

在每个实际的振荡器中，环路增益都略大于1，并且振荡幅度由非线性特性来限制。

2.三角波/方波发生器

图2-1示出了一个用两极运放能同时产生线性三角波和方波的函数发生器。集成积分器IC1由IC2的输出驱动，IC2作为电压比较器，被IC1的输出，经R2--R3分压器分压后所驱动。IC2的方波输出于正负饱和电平间交替交换。

图2-1 具有双向三角波和方波输出的基本函数发生器

假设，开始时，IC1的输出为正，IC2的输出恰好转为正向饱和。IC1的反向输入端虚假接地，则电流IR1VSAT。因为R1和C1是串联的，所以IR1=IC1。然R1而为维持由恒定电流经过C1，加在该电容上的电压必须以恒定的速率线性变化。一个线性的斜坡电压加至C1，使IC1的输出开始以输出通过R2--R3分压器送至IC2的同相输入端。

然后，IC1的输出朝负值线性变化，直至R2和R3连接点的电压下降到0V。在该点IC2翻转动作，使输出突变到负饱和值。这样就改变了IC1和IC2的输入，使IC1的输出开始线性上升，直至升到某一正值为止，该值使R2--R3间的接点电压达到0，便引起了另一次翻转。

线性三角波的峰峰值由R2--R3的比率来控制。频率调整可以通过改变R2R3R1或C1，的比率，或通过将R1由IC2的输出端转接一个分压器，而不是直接接IC21VS的速率线性下降，这个C1的输出端来实现。

第三篇：函数信号发生器论文

函数信号发生器的设计与制作

系别：电子工程系 专业：应用电子技术 届：XX届 姓名：XXX 摘 要

本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～30KHz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。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

关键词 ICL8038，波形，原理图，常用接法

一、概述

在电子工程、通信工程、自动控制、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。

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8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz～300KHz。

三、系统工作原理与分析

3.1、ICL8038的应用

ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz～300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于0.1%；占空比变化范围为2%～98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V+）：+10～+30V，双电源（+V）（V-）：±5V～±15V。图1-2是管脚排列图，图1-2是功能框图。8038采用DIP-14PIN封装，管脚功能如表1-1所示。

3.2、ICL8038内部框图介绍

函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1），共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为 和，它们的输入电压等于电容两端的电压uC，输出电压分别控制RS触发器的S端和 端；RS触发器的状态输出端Q和 用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。

3.3、内部框图工作原理

★当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的，输出Q=0，；

★使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为

IS1=I

因充电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性上升。

★当上升为VCC/3时，电压比较器Ⅱ输出为高电平，此时RS触发器的，S=0时，Q和 保持原状态不变。

★一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的 时，Q=1时，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性下降。

起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但，其输出不变。

★一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时，Q=0，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。

由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和 为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。

结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。

3.4、方案电路工作原理（见图1-7）

当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设 I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压UC，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从2脚输出。

其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。

图1-1

3.5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示。

图1-4

3.6、常用接法

如图（1-2）所示为ICL8038的引脚图，其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。如图（1-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至+VCC。在图(a)所示电路中，RA和RB可分别独立调整。在图(b)所示电路中，通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值。

图1-5

当RA=RB时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为50％，因而为方波。当RA≠RB时，矩形波不再是方波，引脚2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为

故RA<2RB。

为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如图（1-6）所示电路，电阻20K与电位器RW2用来确定8脚的直流电压V8，通常取V8≥2/3Vcc。V8越高，Ia、Ib越小，输出频率越低，反之亦然。RW2可调节的频率范围为20HZ20~KHZ。V8还可以由7脚提供固定电位，此时输出频率f0仅有Ra、Rb及10脚电容决定，Vcc采用双对电源供电时，输出波形的直流电平为零，采用单对电源供电时，输出波形的直流电平为Vcc/2。两个100kΩ的电位器和两个10kΩ电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到0.5%。在RA和RB不变的情况下，调整RW2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达1000:1。

3.7、实际线路分析

可在输出增加一块LF35双运放，作为波形放大与阻抗变换，根据所选择的电路元器件值，本电路的输出频率范围约10HZ～20KHZ；幅度调节范围：正弦波为0～12V，三角波为0～20V，方波为0～24V。若要得到更高的频率，还可改变三档电容的值。

图1-6

表 1-1 ISL8038管脚功能

管 脚 符 号 功 能

1，12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形调整端。通常SINADJ1开路或接直流电压，SINADJ2接电阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和减小失真。SINOUT 正弦波输出TRIOUT 三角波输出

4，5 DFADJ1，DFADJ2 输出信号重复频率和占空比（或波形不对称度）调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改变阻值可调节频率和占空比。V+ 正电源 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压FMIN 调频电压输入端SQOUT 方波输出 C 外接电容到V-端，用以调节输出信号的频率与占空比V-负电源端或地

13，14 NC 空脚

四、制作印刷电路板

首先，按图制作印刷电路板，注意不能有断线和短接，然后，对照原理图和印刷电路板的元件而进行元件的焊接。可根据自己的习惯并遵循合理的原则，将面板上的元器件安排好，尽量使连接线长度减少，变压器远离输出端。再通电源进行调试，调整分立元件振荡电路放大元件的工作点，使之处于放大状态，并满足振幅起振条件。仔细检查反馈条件，使之满足正反馈条件，从而满足相位起振条件。

制作完成后，应对整机进行调试。先测量电源支流电压，确保无误后，插上集成快，装好连接线。可以用示波器观察波形发出的相应变化，幅度的大小和频率可以通过示波器读出。

五、系统测试及误差分析

5.1、测试仪器

双踪示波器 YB4325(20MHz)、万用表。

5.2、测试数据

基本波形的频率测量结果

频率/KHz

正弦波 预置 0.01 0.02 2 20 50 100

实测 0.0095 0.0196 2.0003 20.0038 50.00096 100.193 方波 预置 0.01 0.02 2 20 50

实测 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038 三角波 预置 0.01 0.02 1 2 20 100

实测 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191 5.3、误差分析及改善措施

正弦波失真。调节R100K电位器RW4，可以将正弦波的失真减小到1%，若要求获得接近0.5%失真度的正弦波时，在6脚和11脚之间接两个100K电位器就可以了。

输出方波不对称，改变RW3阻值来调节频率与占空比，可获得占空比为50%的方波，电位器RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节RW3可使波形对称。

没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了

产生波形失真，有可能是电容管脚太长引起信号干扰，把管脚剪短就可以解决此问题。也有可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。

5.4、调试结果分析

输出正弦波不失真频率。由于后级运放上升速率的限制，高频正弦波（f>70KHz）产生失真。输出可实现0.2V步进，峰-峰值扩展至0～26V。

图1-2

图 1−7

六、结论

通过本篇论文的设计，使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。

七、参考文献

【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月

【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，2002.8

【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社，1997.【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。2006.10

【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。2003.9 【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006

第四篇：函数信号发生器设计任务书

目录

一、设计的任务和要求............................................................................二、已知条件...................................................................三、函数发生器的具体方案...................................................................1 总的原理框图及总方案..............................................................2 各组成部分工作原理..................................................................3总电路图........................................................................................四、电路的参数选择与仿真.................................................................五、实验结果分析..............................................................附录:电

路

原

理

和

元

器

件

列表..........................................................................................一． 设计的任务和要求

1.设计任务

设计方波—三角波—正弦波函数信号发生器 2.设计目的

（1）巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

（2）培养根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件；初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

（4）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。

（5）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。

3.性能指标要求

（1）输出波形：正弦波、方波、三角波等；（2）频率范围：10Hz～500Hz；

（3）输出电压：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V； 波形特征：方波tr<100μS，三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%。

二、已知条件：

双运放358一只、三极管3DG6四只（β约为60）

三、函数发生器的具体方案

1.总的原理框图及总方案

图1 函数信号发生器原理图

多波形信号发生器方框图如图1所示。

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。并采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法：

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。设计差分放大器时，传输特性曲线要对称、线性区要窄，输入的三角波的的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。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.各组成部分的工作原理

2.1 方波---三角波转换电路的工作原理

图2 方波-三角波转换电路

图2为方波-三角波转换电路，其中运算放大器用双运放uA741。

工作原理如下：

若a点断开，运算发大器A1（左）与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放A2（右）与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出电压Uo2为

UO21UO1dt

(R4RP2)C2(VCC)VCCtt

(R4RP2)C2(R4RP2)C2VCC(VEE)tt

(R4RP2)C2(R4RP2)C

2当UO1VCC时，UO2 当UO1VEE时，UO2由此可见积分器在输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如下图3所示

图3 方波--三角波波形关系

若a点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。

三角波的幅度为：UO2mR2VCC

R3RP1R3RP1

4R2(R4RP2)C2方波-三角波的频率f为： f

由以上两式可以得到以下结论：

1.电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。

2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。

2.2 三角波—正弦波转换电路工作原理

图4 三角波—正弦波转换电路

图（4）为实现三角波—正弦波变换的电路。其中Rp3调节三角波的幅度，Rp4调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C3,C4,C5为隔直电容，C6为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。三角波-正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器采用单入单出方式。三角波-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。

差分放大器传输特性曲线的非线性及三角波-正弦波变换原理如下图：

图5 三角波-正弦波变换原理

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

IC2aIE2aI0aI0IaI

C1E11eUid/UT1eUid/UT上式中：aIC/IE1；I0—差分放大器的恒定电流；

UT—温度的电压当量，当室温为25℃时，UT≈26mV。

如果Uid为三角波，设表达式为

UidT4UmT0ttT42

4Umt3TTtT4T2式中：Um—三角波的幅度；T—三角波的周期。

为使输出波形更接近正弦波，由图5可知：（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；

（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

3.总电路图

整个设计电路如图6所示：

图6 方波—三角波—正弦波函数信号发生器

四、电路的参数选择与电路仿真

本课题采用Multisim 7作为仿真软件。

Multisim是Interactive Image Technologies(Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

Multisim 7通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路；通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为；借助高级电路分析, 理解基本设计特征；本课题使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

1.方波--三角波部分

参数选择：取才C2=0.47μ

F，C2的取值很重要，按照你电阻的值，要取相应的值，取值不对，会直接影响到你波形输出与否。

调节RP1和RP2，微调Rp1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节Rp2，则输出频率在对应波段内连续可变。

方波-三角波电路的仿真：

在Multisim 7中按方波-三角波转换电路图（图2）接线。调节Rp1和Rp2到设定值，检查无误后，在正确位置接上示波器观察输出波形。

仿真电路图如下：

图7 方波—三角波仿真电路图 2.三角波--正弦波部分

参数选择：C4=470Μf,C5=C6=0.1μF；R6= 5.1KΩ（R6阻值只要大于5）

三角波--正弦波电路的仿真：

在Multisim 10.1中按方波-三角波转换电路图（图4）接线。保证参数正确，检查无误后，在正确位置接上示波器观察输出波形。

仿真电路图如下：

图8 三角波—正弦波仿真电路图

方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图如下：

图9 方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图

五、实验结果分析

方波—三角波—正弦波函数发生器电路是分成两个部分来做的，先做方波—三角波产生电路，再做三角波—正弦波变换电路，然后把两张图用线连接成一张完整的大图。

方波—三角波产生电路中的C1其实可以去掉不要的，如果要用的话，取值要比较小，这样才不会影响电路。我的RP2的阻值是200Ω，开始设置的C2是0.1μF，但是总是出不来波形，后来老师说，C2的值太小了。经过我多次的试验，发现0.47μF是最为合适的。最后还要调节RP1和RP2，确保频率范围为10Hz～500Hz。

三角波—正弦波变换电路中C1=470μF，C5=C6=0.1μF，R6=5.1KΩ。R6开始设的值是3.3KΩ，然后仿真就是没有波形出来，问了同学，研究了一会儿，也才知道，R6的阻值必须要大于5KΩ，这样之后才有波形出来了。最后还是一样的，调节Rb1,，测试频率范围。

最后当两张图连在一起之后，不仅要看波形，还要测试输出电压：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V。当一切要求都满足之后，所有的函数发生器设计就完成了。

像做这种实验，要的必须是耐心，还有朋友的帮助，老师的指导，必须做到齐心协力，否则成功的几率是非常小的。

附录1：电路原理图

附录二：元器件清单

直流稳压电源：一台 低频信号发生器：一台 低频毫伏表：一台 双踪示波器：一台 万用表：一块 晶体管图示仪：一台 失真度测试仪：一台 电阻：100Ω：1个

1KΩ：2个

2KΩ：2个

3.3KΩ：1个

5.1KΩ：3个

10KΩ：3个

KΩ:2个 滑动变阻器：47KΩ：2个

200KΩ：一个

1KΩ：一个 电容：0.1μF：两个

0.47μF：一个

10μF：一个

470μF：一个

三极管3DG6:四个 双运放358：一只

第五篇：函数信号发生器课程设计

一 绪论

1.1 函数信号发生器的应用意义

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也可以是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用有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。具体方法是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。

通过此次设计，我们能将理论知识很好的应用于实践，不仅巩固了书本上的理论知识，而且锻炼了我们独立查阅资料、设计电路、独立思考的能力

1.2设计任务

设计能产生方波、三角波、正弦波的函数信号发生器电路

1.3设计要求

1）输出各种波形工作频率范围：10—100Hz,100—1KHz,1K—10KHz。

2)输出电压：正弦波U=3V , 三角波U=5V , 方波U=14V。3)波形特征：幅度连续可调，线性失真小。

4)选择电路方案，完成对确定方案电路的设计;计算电路元件参数与元件选择、并画出各部分原理图，阐述基本原理。

1.4设计方案

函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。

图1 函数信号发生器框图

1、方波—三角波—正弦波信号发生器电路有运算放大器及分立元件构成，其结构如图1所示。他利用比较器产生方波输出，方波通过积分产生三角波输出，三角波通过差分放大电路产生正弦波输出。

2、利用差分放大电路实现三角波—正弦波的变换

波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示

图 2 三角波和正弦波得转换示意图

由图2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。

二

函数信号发生器各单元电路的设计

2.1方波产生电路图及元件参数的确定

2.1.1 方波产生电路 如图3所示

图 3 方波发生电路

2.1.2 元件参数的确定

图3中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。使产生的频率范围在10~~100Hz。方波振荡周期

T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。

C1的值可以改变电 R1=7K，R3=7K，R4=7K。

振荡频率 f = 1/T。可见，f与C1成反比，调整电容路的振荡频率。图中稳压管 D1 D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2。

2.2方波—三角波转换电路图及元件参数确定

2.2.1 方波—三角波转换电路 如图 4 所示

图 4 方波-三角波电路图

2.2.2 方波→三角波的参数确定

图4中U2构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波的频率。运算放大器U1与电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。

图中R6在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求三角波的幅值，可以调节可变电容C2。

三角波部分参数设定如下：

对于输出三角波 其振荡周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，f = 1/T。而要调整输出三角波的振幅，则需要调整可变电容C2的值。以使三角波UP-P = 5V。

2.3正弦波参数电路及元件参数确定

2.3.1 正弦波参数电路 如图 5 所示

图 5 三角波-正弦波电路图

2.3.2正弦波的参数确定

.改变输入频率，是电路中的频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图5中当改变输入频率后，三角波与正弦波的幅度将发生相应改变。由于

振荡周期

T =(4 R5 R6 C2)/ R3，C2为调节三角波的幅度使UP-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值UP-P = 3V。三角波→正弦波的变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，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的非线性。

2.4方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图

根据以上设计，画出方波-三角波-正弦波函数发生器电路图如图 6 所示。

图 6

方波-三角-正弦波函数发生器电路图

3、电路的仿真调试

3.1 利用Multisim软件画出电路图，模拟电路结果，观察各波形的输出。

3.1.1 方波、三角波产生电路的仿真波形如图7所示

图7 方波、三角波仿真图形

3.1.2 方波—三角波转换电路的仿真 如图 8 所示

图 8 方波—三角波仿真图形

3.1.3三角波—正弦波转换电路仿真

图

三角波—正弦波仿真图形

3.1.4 方波—三角波—正弦波转换电路仿真

图

方波—三角波—正弦波仿真图形

3.1.4结果分析

输出电压

方波信号接入示波器仿真，调节C1，得方波峰峰Vpp=14 V；撤除方波信号并接入三角波信号，调节C2，测得三角波峰峰值Upp=5 V；将正弦波信号接入示波器，调节R10，测得正弦波峰峰值Upp=3V。