函数信号发生器设计外文资料及翻译

第一篇：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。

第二篇：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

[1] 万雍伦，司强，卢有新，王学刚，超宽带雷达信号产生技术的双通道。信号处理，87卷，第12期，2007年，页3101-3107。

[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

第三篇：函数信号发生器设计

函数信号发生器设计设计任务与要求

⑴ 设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数发生器，本信号发生器可以考虑用专用集成芯片（如5G8038等）为核心实现。⑵ 信号频率范围： 1Hz∽100kHz；

⑶ 频率控制方式：

① 手控通过改变RC参数实现；

② 键控通过改变控制电压实现；

③ 为能方便地实现频率调节，建议将频率分档；

⑷ 输出波形要求

① 方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间；② 非线性误差≤2%；

③ 正弦波谐波失真度≤2%；

⑸ 输出信号幅度范围：0∽20V；

⑹ 信号源输出阻抗：≤1Ω；

⑺ 应具有输出过载保护功能；

⑻ 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。

第四篇：低频函数信号发生器设计

实验报告

课程名称：

电子系统综合设计

指导老师：

周箭

成绩：

实验名称：低频函数信号发生器（预习报告）实验类型：

同组学生姓名：

一、课题名称

低频函数信号发生器设计

二、性能指标

（1）同时输出三种波形：方波，三角波，正弦波；（2）频率范围：10Hz～10KHz；

（3）频率稳定性：（4）频率控制方式：

① 改变RC时间常数；

； ② 改变控制电压V1实现压控频率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分为10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。

（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波线性度δ/Vom<1%，正弦波失真度

；

（6）输出方式：

a)做电压源输出时

输出电压幅度连续可调，最大输出电压不小于20V 负载RL=100Ω～1KΩ时，输出电压相对变化率ΔVO/VO<1% b)做电流源输出时

输出电流幅度连续可调，最大输出电流不小于200mA 负载RL=0Ω～90Ω时，输出电流相对变化率ΔIO/IO<1% c)做功率源输出时

最大输出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有输出过载保护功能

三、方案设计

根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。

数字电路的实现方案

一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。

数字电路的实现方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如>1MHz）信号。

模数结合的实现方案

一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。

模拟电路的实现方案

是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。

模拟电路的实现方案有几种：

①用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。

② 由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，该电路方式也是本实验信号产生部分的推荐方案。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关，这将在后面的单元电路分析中详细介绍。

四、单元电路分析

1、三角波，方波发生器

由于比较器+RC电路的输出会导致VC线性度变差，故采用另一种比较器+积分器的方式

积分器

同相滞回比较器

由积分器A1与滞回比较器A2等组成的三角波、方波发生器电路如图所示。在一般使用情况下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不为50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变V+1和V-2的大小和方向加以调整。

合上电源瞬间，假定比较器输出为低电平，vO2=VOL=-VZ。积分器作正方向积分，vO1线性上升，vp随着上升，当vp>0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为高电平，vO2=VOH=+VZ。积分器又开始作负方向积分，vO1线性下降，vp随着下降，当vp<0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为低电平，vO2=VOH=-VZ。

取C三种值:0.1uF 对应10-100Hz； 0.01uF 对应100-1kHz； 0.001uF 对应1k-10kHz。调节R23的比值可调节幅度，再调节R，可调节频率大小。

2、正弦波转换电路 常用方法有使用傅里叶展开的滤波法，使用幂级数展开的运算法，和转变传输比例的折线法。但前二者由于其固有的缺陷：使用频率小，难以用电子电路实现的原因，在本实验中舍弃，而采取最普遍的折线法。

折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逼近，输出近似的正弦电压波形。由于电子器件（如半导体二极管等）特性的理想性，使各段折线的交界处产生了钝化效果。因此，用折线法实现的正弦函数转换电路，实际效果往往要优于理论分析结果。

用折线法实现正弦函数的转换，可采用无源和有源转换电路形式。无源正弦函数转换电路，是指仅使用二极管和电阻等组成的转换电路。根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）二极管通路以改变转换网络的衰减比，输出近似的正弦电压波形。

有源正弦函数转换电路除二极管、电阻网络外，还包括放大环节。也是根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）网络通路以改变转换电路的放大倍数，输出近似的正弦电压波形。

有

源

正

弦

函

数

若设正弦波在过零点处的斜率与三角波斜率相同，即

则有，由此，可推断出各断点上应校正到的电平值：

方案一，使用二极管控制形成比例放大器，使得运放在不同时间段有不同的比例系数

方案二，用二极管网络，实现逐段校正，运放A组成跟随器，作为函数转换器与输出负载之间的隔离（或称为缓冲级）。

当输入三角波在T/2 内设置六个断点以进行七段校正后，可得到正弦波的非线性失真度大致在1.8 % 以内，若将断点数增加到12 个时，正弦波的非线性失真度可在0.8 %以内。3 输出级电路 根据不同负载的要求，输出级电路可能有三种不同的方式。

(1)电压源输出方式

电压源输出方式下，负载电阻RL通常较大，即负载对输出电流往往不提出什么要求，仅要求有一定的输出电压。同时，当负载变动时，还要求输出电压的变化要小，即要求输出级电路的输出电阻RO足够小。为此，必须引入电压负反馈

图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图12（b）所示。

(2)电流源输出方式

在电流源输出方式下，负载希望得到一定的信号电流，而往往并不提出对输出信号电压的要求。同时，当负载变动时，还要求输出电流基本恒定，即要求有足够大的输出电阻Ro。为此，需引入电流负反馈。

图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图（b）所示。

a）为一次扩流电路，T1 和T2 组成互补对称输出。运放的输出电流IA中的大部分将

图（作为T1、T2 的基极电流，所以IO = βIA。图（b）为二次扩流电路，用于要求负载电流IO 较大的场合。复合管T1、T2和T3、T4 组成准互补对称输出电路。

(3)功率输出方式

在功率输出方式下，负载要求得到一定的信号功率。由于晶体管放大电路电源电压较低，为得到一定的信号功率，通常需配接阻值较小的负载。电路通常接成电压负反馈形式。如用运放作为前置放大级，还必须进行扩流。当RL较大时，为满足所要求的输出功率，有时还必须进行输出电压扩展。

静态时，运放输出为零，– 20V电源通过下列回路：运放输出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置电流 R6 ,C3 和R7 ,C4 组成去耦滤波电路。需要注意的是几个晶体管的耐压限流以及最大功率值。

其中调节W可改变晶体管的静态工作电流，从而克服交越失真。

4)输出级的限流保护 由于功率放大器的输出电阻很小，因而容易因过载而烧坏功率管。因此需要进行限流保护。

图（a）是一种简单的二极管限流保护电路，当发生过流（I o过大）时，R3、R4 上的压降增大到足以使D3、D4 导通，从而使流向T1、T2 基极的电流信号I1、I2 分流，以限制I o 的增大。

图（b）是另一种限流保护电路，T3、T4 是限流管。当I o 过大，R5、R6 上的压降超过0.6V时，T3、T4 导通防止了T1、T2 基极信号电流的进一步增大。I o 的最大值为 0.6/R5，R3、R4 用来保护限流管T3、T4。

五、仿真分析

以1KHz为例即C=1nF

三角波方波发生电路

方波下降沿时间4.3μs

三角波峰值

改变RP2

改变RP1

调节占空比

调节偏移量

正弦波转换器

三角波转换正弦波，三角波放大后输出峰峰值10V

静态工作点

改变静态工作点（调节RP45）发生失真

功率放大电路

功率放大波形，输入为之前的正弦波，变阻器衰减后最大不失真输出电压

总电路图，模块形式

衰减前的输入信号与输出信号

由仿真结果来看，基本满足设计要求，准备按仿真电路设计实际电路。

六、仿真心得

在仿真的过程中出现了一下几个问题，但后来都分别排查掉了，希望实际连接时不再犯。

1、运放未接电源导致没有波形

2、变阻器接入阻止过小或过大导致没有信号或失真（尤其需要注意）

3、Lm324故障无法解决导致用了LM353代替

第五篇：函数信号发生器设计论文.

四川师范大学成都学院通信原理课程设计 目 录

前言.....................................................................1 1 函数信号发生器设计任务................................................1 1.1 设计提议...........................................................1 1.2 方案论证与研究.....................................................1 2 方案设计..............................................................2 2.1 项目指标...........................................................2 2.1.1 电源参数.......................................................2 2.1.2 工作频率.......................................................2 2.2 方案比较及选择.....................................................2 3 设计理论..............................................................3 3.1 函数发生器的结构组成...............................................3 3.2 方波信号...........................................................3 如图3.2-1由运算放大器和电容积分电路、Rf组成的，输出电压最终反馈到运

放反相输出端，因此积分电路有负反馈和延迟的作用。........................3 3.3 正弦波信号.........................................................4 3.4 三角波信号.........................................................6 4 RC振荡电路设计........................................................7 5 放大器功率及ICL8038介绍...............................................9 5.1 放大器功率.........................................................9 5.2 ICL8038原理介绍...................................................10 6 致谢..................................................................11 7 总结及体会............................................................12 附录1 系统原理图.......................................................13 附录2 系统元件清单.....................................................14 附录3 系统PCB图.......................................................15 I 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 参考文献................................................................16 II 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 函数信号发生器设计论文

前言

函数信号发生器的制作是以集成块ICL8038为核心器件，制作的成本也相对较低。是适合学生学习、使用电子技术测量。ICL8038可以输出具有多种波形的精

密振荡集成电路，要想产生从0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号只需要个别外部元件。输出波形的占空比和频率还可以由电阻或电流控制。其次由于此芯片具有调制信号的输入端，所以可以用作频率调制，针对于低频信号。

函数信号发生器有着不同的用途，其电路中使用的器件是分离器件的可以产生三种或多种波形的函数发生器；而产生正弦波、方波、三角波也有多种方案，是集成器件电路，如先产生正弦波，根据其周期性内部某种确定的函数关系，再将正弦波通过整形电路转化为方波，最后三角波通过积分电路形成。也可以先产生方波或三角波，再将方波或三角波转化成正弦波。随着电子技术日益发展，新器材、新材料越发渐好，随着期间可选性的增加，函数信号发生器开发出更多的新款式，比如在技术上很可靠的产生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以选择多种多样的方案，原则上是可行的。1 函数信号发生器设计任务 1.1 设计提议

产品开发、工业生产、科学研究等领域都的使用函数信号发生器，它常用的基本测试信号有锯齿波和正弦波、矩形波、三角波。常作为时基电路的锯齿波信号在示波器等仪器中利用荧光屏显示图像。例如，想要通过示波器荧光屏上观察到被测不失真地信号波形，通过产生锯齿波电压使的电子束在水平方向匀速搜出荧光屏。方波，三角波都有着不同的重要作用，而函数信号发生器是指一种能自发的产生方波、正弦波、三角波和锯齿波阶梯波等电压波形的仪器或电路。因此，提议设计一种能产生三角波、正弦波、方波的函数信号发生器。1.2 方案论证与研究

函数信号发生器用途较多，其电路中使用的器件是分离器件的可以产生三种或多种波形的函数发生器；而产生正弦波、方波、三角波也有多种方案，是集成器件电路，如先产生正弦波，根据其周期性内部某种确定的函数关系，再将正弦波通过整形电路转化 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 为方波，最后三角波通过积分电路形成。也可以先产生方波或三角波，再将方波或三角波转化成正弦波。随着电子技术日益发展，新器材、新材料越发渐好，随着期间可选性的增加，函数信号发生器开发出更多的新款式，比如在技术上很可靠的产生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以选择多种多样的方案，原则上是可行的。2 方案设计

2.1 项目指标 2.1.1 电源参数

● 输入：双电源 +12V、-12v

● 输出：方波电压约等于12v，三角波电压与约等于5v，正弦波电压大于1v，幅 度可连续调，线性失真就会较小。2.1.2 工作频率

频率范围：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ 2.2 方案比较及选择

方案一：正弦振荡是由文氏电桥产生，然后得到方波，三角波是方波积分得到的。此方案结构简单，是一开环电路，产生的失真较小的正弦波和方波波形①。但于产生三角波则比较有麻烦，因为频率覆盖系数要求有1000倍，因此对于1000倍的频率变化会有积分时间从而使输出电压振幅的1000倍变化。而这是不满足电路要求的。幅度的稳定性几乎难以达到要求。并且通过仿真实验会发现积分器极易产生线性失真。

方案二：通过芯片ICL8038产生8083集成函数发生器。

该集成函数发生器是一种用途较多的波形发生器，可以产生方波、正弦波、三角波和锯齿波，通过外加的直流电压进行振荡器调节，所以是电压控制集成信号产生器。由于两个电流源控制外接电容C的充、放电电流，所以电容C两端电压大小变化与时间成线形关系，从而可以输出理想的三角波波形。8038电路中含正弦波变换器，因此可以将三角波转化成正弦波输出。另外还可以将三角波转换成方波输出通过触发器。此方案的特点有： ◆ 稳定性好而且线性良好；

◆ 易调频率，频带在几个数量级范围内，可以方便地、连续地改变频率大小，而且 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 ◆ 变频率的同时，幅度是不会发生变的；

◆ 不会出现过渡过程，只要接通电源后就会立即产生稳定的波形图； ◆ 方波和三角波在半周期内的时间是线性函数，容易转换为别的波形。故由此，本次信号设计采用的是第二种方案。3 设计理论

3.1 函数发生器的结构组成

函数发生器是指能够自动产生方波、正弦波、三角波的电压波形的仪器或电路。可以采用由运放、分离元件及单片集成函数发生器构成电路形式。根据不同的用途，可以产生三种或多种不同波形的函数发生器，本次介绍的事不同函数信号发生器的方法。

函数信号发生器是由正弦波形发生电路和基础的非正弦信号发生电路组合成的。下面我们将分别对方波、正弦波、三角波的发生进行分析，从而使在合成电路时电路更加的合理。3.2 方波信号

如图3.2-1由运算放大器和电容积分电路、Rf组成的，输出电压最终反馈到运放反相输出端，因此积分电路有负反馈和延迟的作用。

图3.2-1 运算放大电路

电路如图3.2-2所示，在接通电源时，电容两端的电压为零，且输出电压等于UZ，所以运放同相输出端的电压uP=UzR2=UZF。R1+R2 3 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 此时uO=UZ向C充电，使运放反相端输入电压uN不断上升。在uN小于uP以前，uO=UZ不变。在t=t1时，uN逐渐上升到略高于uP，使uO从高电平跳到低电平，变为-UZ。

此时通过Rf向C充电，使运放反相输入端的电压uNuP=-UZF，uO=-UZ时，逐渐增加。在uN大于uP以前，uO=-UZ大小保持不变。在t等于t2时，uN减小到稍低于uP，则uO从低电平跳到高电平，变为UZ，又回到最初状态。如此重复，循环，从而产生振荡，并输出方波。

根据上面的分析，从而可以画出如下图uO与uC的波形：

图3-2-2 uO与uC的波形

有图波形，并取适当的R1、R2值，F=R2(R1+R2)，则T=2RfC，得到振荡频率为：

3.3 正弦波信号

即又被称为文氏电桥振荡器，如图3-3-1所示其中是由同相运放电路组成的A放大器，如图3.3-1，Av= VoR=(2+1)VdR1f0=11=T2CRf 4 四川师范大学成都学院通信原理课程设计

图3.3-1 文氏电桥振荡电路 图3.3-2 同相运放电路

由RC串并联组成网络F，因为运放的输入阻抗较大，所以输出阻抗Ro就很小，对网络F几乎没有影响影响，故忽略不计，根据图3.3-3得 R VfjωRC+1Fv==1RVo++RjωC1+jωRC =R 1(jωRC+1+R)+RjωC=R1j(ωR2C-)+3RωC 5 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 根据自激振荡条件： AF =T=1故有AvFv=AvR=1 因此上式中分母12j(ωRC-)+3RωC 中的虚部必须等于零，即 R2Cw-1=0 ωC ⇒振荡频率ω0=1 CR

上式中实部为1，所以起振条件Av=3 图3.3-2是同相运放，Av=R2+1 须满足条件2R1=

R2 R1 图3.3-3 RC串并联

3.4 三角波信号

根据RC的积分电路输出和输入信号波形的关系可得，当输入信号是方波时，则输出的信号便是三角波，由此可知，三角波信号发生器是由RC积分电路和方波信号发生器组成。下图3-2-3便是三角波信号发生器的电路组成。图中的方波信号发生器是由A1运算放大器组成，RC积分电路是由A2组成。该电路的设计原理是：由方波信号发生器输出方波。反相积分电路由图中A1，A2和C、R4等组成。

分析可以画出uO1和uO的波形，如图3.4-1所示。6 四川师范大学成都学院通信原理课程设计

图3.4-1 uO1和uO的波形

电压uO的上升和下降幅度和时间变量相等，而且上升和下降的斜率的绝对值大小也相等。三角故波uO峰值为：

Uom= UZR2 R1 4R1R4C R2 则在调整三角波电路时，R1或R2应被先调整,使峰值达到所需要的值，最后再调整故振荡周期： T=2(t2-t1)=R4或C，使频率f0能满足要求。4 RC振荡电路设计

RC振荡器电路的设计，就是根据给出的指标要求，选择适合的电路结构形式，并确定和计算电路中各元件的参数，在所要求的频率范围内使它们满足振荡的条件，使电路产生正弦波形。RC振荡器的设计的步骤为：

● 根据已知的指标参数，选择适合的电路形式。● 计算并确定电路中的各元件参数。● 选择运算放大器

● 为满足电路指标要求可通过调试。四川师范大学成都学院通信原理课程设计

例如：设计一个振荡频为800Hz的RC正弦波振荡器。设计步骤如下: 计算并确定电路中的各元件参数。● RC的值可根据振荡器的频率计算。RC= ● 确定R和C的值 1=1.99⨯10-4(s)2πf0

为了使选频网络不受运算放大器输入和输出电阻的影响。按：Ri >> R >> R0的关系确定R的值。其中：运算放大器同相端的输入电阻Ri。为运算放大器的输出电阻R0。

当R=20kΩ时，则：

1.99⨯10-4-7C==0.995⨯10F 320⨯10 ● 确定R3和Rf 的值（Rf=R4+Rw+rd//R5)根据振荡的振幅条件，Rf应大于2R3，取Rf=2.01R3。从而减小波形失真。此外，为了满足R等于R3并联Rf的直流平衡条件，并减小运放输入失调的影响。

由Rf=2.01R3和R=R3//Rf可求出：

R3= 取整数值: R3=30k Ω

所以:Rf=2.01R3=2.01⨯30⨯103Ω=60.3kΩ.为了是效果更好, Rf与R3的值还可以通过实验调整后确定。● 确定其元件值及电路。

电路由R5和接法相反的二极管D1、D2并联而成。

二极管D1、D2 应选用其元件值硅管，因其温度稳定性较高。当然二极管D1、D2的特性必须保持一致，以确保输出波形的正负半轴对称。● R2与R5确定

由于二极管的非线性会导致波形失真，因此，可在二极管的两端并上一个阻值与rd相近的电阻R5。用来减小非线性失真，然后再经过调整，达到最好效果。便可确定R5，再计算出R2。为了是效果更加明显,电阻 R2可用50kΩ电阻和40 kΩ的电位器串联。● 运放型号的选择

运放选择，要求输入高阻、输出低阻，而且满足增益带宽积：Auo• BW 大于3fo 的 3.13.1⨯20⨯103=29.8⨯103Ω R =2.012.01 四川师范大学成都学院通信原理课程设计

条件。因为fo=800Hz，所以选择μA741集成运算放大器。5 放大器功率及ICL8038介绍 5.1 放大器功率

由多级放大器组成的便是电子电路。在工作过程中，电压放大是由小信号放大电路对输入信号进行的，再通过功率放大电路将功率放大，以便于控制或驱动负载电路工作。功率放大器就是以功率放大为目的的电路。低频功率放大器也称为功率放大器，是能使低频信号功率放大的放大器。

如图5.1-1 OTL 低频功率放大器所示。其中由晶体三极管T1组成前置放大级（也称推动级），T2、T3是一组参数对称的PNP和NPN型晶体三极管，它们组成OTL功放电路。射极输出器形式是由每一个管子接成的，因此输出电阻低，负载能力较强等优点，适合功率输出级。甲类状态由T1管工作，此集电极电流IC1是通过电位器RW1进行调节。IC1 的一部分流经二极管D及电位器RW2，给T2、T3提供电压。通过调节RW2，可以使T2、T3在甲、乙类状态得到合适的静态电流，以克服失的一端，因此可在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面改善了非线性失真，同时也能够稳定放大器的静态工作点。R和C2构成用于提高输出电压正半周的幅度自举电路，从而得到较大的动态范围。C2和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。主要性能指标是OTL 电路。

在输出功率P0m的最大不失真理想情况下，在实验中可测量RL 两端的电压有效值通过计算来得实际的

其中由晶体三极管T1组成前置放大级（也称推动级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，互补推挽的OTL功放电路就由它们组成。由于射极输出器形式是每一个管子连接成的，因此具有输出低电 阻，负载能力较强等优点，适合作用于功率输出级。甲类状态T1管工作，通过调节电位器RW1来调节它的集电极电流IC1。IC1 的一部分流经二极管D及电位器RW2，给T2、T3提供偏电压。为甲、乙类状态在T2、T3得到合适的静态电流，可通过调节RW2来实现，从而又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。9 四川师范大学成都学院通信原理课程设计

图5.1-1 OTL 功率放大器实验电路 5.2 ICL8038原理介绍

芯片ICL8038是单片集成函数发生器，如图5-3s所示为其内部原理电路框图。ICL8038由恒流电流源I1、I2，触发器和电压比较器C1、C2等组成。电压比较器C1的门限电压为2VR/

3、的为VR(VR= VEE+VCC)，可通过调节外接电阻确定电流源I1和I2的大小，并且I2必须大于I1。当触发器Q端输出电平低时，I2通过开关S的控制从而使电流源断开。而电流源I1向外接电容C充电，电压随时间变化线性下降，当其下降到小于VC时，比较器C2输出发生跳变，当VC上升到2VR/3时，比较器C1输出波形会发生跳变，从而使触发器输出端Q由低电平变为高电平，电流源I2接通通过控制开关S。当其上升和下降时间相等时，产生的波形输出到引脚3，而触发器输出的波形经缓冲器输出到引脚9。三角波由正弦波变换器变成正弦波后由引脚2输出。由此知ICL8038能输出三角波、方波和正弦波等三种及三种以上的不同波形。其中，外部接入振荡电容C，它是通过内部两个恒流电源来完成充电、放电的过程。恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容器C持续充电，并增加电容电压，从而达到改变比较器的状态改变、输入电平以及带动触发器翻转来连续控制的。当触发器使恒流源2处于关闭状态，电容电压值是比较器1输入电压规定值的2／3倍时，比较器1的状态发生改变，使触发器的工作状态发生翻转，此时将模拟开关K由B接到A点。因为恒流源2的电流值为2I，比恒流源1大，所以电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将将发生改变，为线性下降，当电容电压值下降到比较器2的输入电压规定值的1／3倍时，比较器2状态发生改变，使触发器再次翻转到原来的状态，周而复始的完成此振荡过程。四川师范大学成都学院通信原理课程设计 根据以上分析，上述基本电路中很容易获得3种函数信号，倘若电容器在放电过程和在充电过程的时间常数相等，而且是在电容器充放电时，那么电容电压输出的就是三角波函数，从而三角波信号由此获得。因为触发器的工作状态也是由电容电压的充放电的过程决定的，因此，触发器的状态通过翻转，就能够产生方波函数信号，在芯片内部结构中，这两种信号经过缓冲器功率的放大，并从管脚3和管脚9输出可得。满足方波函数等信号在频率、占空比调节的全部范围可适当的选择外部电阻RA和RB和C。所以，对两个电流源在I和2I电流不等的情况下，可以从最小到最大范围中循 环调节，并任意选择调整，因此，只需要使电容器充放电时间不相等，便可获得锯齿波等函数信号。

图5.2-1 内部原理电路框图 6 致谢

本课题在选题以及研究过程是在孙活老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。老师们多次询问研究设计进程，并为我悉心指点迷津，帮助我开拓思路，耐心点拨、鼓励。老师们严谨细致、一丝不苟的工作作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢带过我的老师对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，从课题的选择到项目的最终完成，老师们都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬并致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢我的5位室友，正是有你们的帮助、理解和支持，我才能克服一个一个的困难，直至顺利的完成本文。当然也缺少不了一起愉快度过三年的大

学同学，他们给与我帮助，支持，我在此也由衷的表示感谢。最后我还要感谢含辛茹苦的把培养 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 我长大的父母，谢谢您们!7 总结及体会

通过本次课程设计，加强了我们的思考、动手和解决问题的能力，经常会遇到不同的情况，心里总想着这样的接法或许可以行得通，但实际接上电路后才发现不对，实现不了预想的效果，因此耗在这上面的时间用的比较多。

我觉得做课程设计的同时也巩固和加强了课本知识，由于课本上的知识太多而且零散，平时课间的学习也并不能很好的理解并运用各个元件的功能，考试内容又比较有限，因此在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能以及使用。平时看课本学习书本知识时，有时问题总是弄不懂，可做完设计，那些不是问题的问题就迎刃而解了。甚至还记住很多东西，受益匪浅。如一些芯片的功能及作用，平时看课本讲解，看一次忘一次，没从根本上理解。通过这次动手实践让我对各个元件印象深刻。所以认识、了解来源于实践，实践才是认识的动力和最终目的，实践出真理。所以这次的设计对我的学习和帮助作用都非常大的。

通过该次设计，在理论学习时，很少会有实践的机会，但我们学院可以，而且设计制作也是一个团队的任务！一起的学习工作中可以让我们团结一致，相互帮助，默契配合，多少欢乐在这里洒下。我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结合作的精神。这次实验设计必将成为我人生旅途上的一个非常美好的回忆！

通过对此课程设计是我认识到，电路设计需要我们耐心，需要缜密的整套思维逻辑，要求我们学会分析。懂得只有理论知识是远远不够的，只有将理论和实践结合起来才能顺利完成。我期盼在今后的学习过程中能让学生更加的接近器材，独立完成很多知识不能只看表面，要深究其真正作用才行，需要不断积累经验。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是得自己亲自动手才能印象深刻。这次的课程设计终于顺利完成了，在设计中也遇到了很多专业知识问题，最后通过老师的辛勤指导，终于迎刃而解了。经过老师的悉心指导，我们学也到了很多实用的知识，在次我表示深深感谢！同时，对给过我帮助和支持的所有同学及各位指导老师再次表示忠心的感谢！四川师范大学成都学院通信原理课程设计 附录1 系统原理图

图1 系统原理图 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 附录2 系统元件清单 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 附录3 系统PCB图

图2 信号发生器图 四川师范大学成都学院通信原理课程设计 参考文献

[1] 康华光、邹寿彬：电子技术基础数字部分（第四版），高等教育出版社，1999.3，P3-P7 [2] 刘光明：现代通信原理，人民邮电出版社，2007.6, P21-P30 [3] 任元、吴勇：《常用电子原件简明手册》，工业出版社，2005.2, P7-P10 [4] 童诗白：模拟电子技术，高等教育出版社，2003.8 , P52-P57 [5]杜肤生：数字集成电路应用，人民邮电出版社，2001.6, P31-P42 [6] 王兆义：电路分析，机械工业出版社，2007.7, P15-P27 [7] 周永金：《模拟电子技术及应用》，陕西锅饭学院电子教研室.2003.5, P135-P141 [8] 陈路、郑毅：PROTEL 99SE 电路板设计与制作，人民邮电出版社，2007年第2期，P21－P28 16