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函数__发生器设计
1、函数发生器的基本原理函数发生器是能产生多种波形的__发生器。如产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、阶梯波和调频、调幅等调制波形。一般至少要求产生三角波、方波和正弦波。产生各种__波形的方法很多其电路主要由振荡器、波形变换器和输出电路三个部分组成。如下图振荡电路主要产生具有一定频率要求的__。它决定了函数发生器的输出__的频率调节范围、调节方式和频率的稳定度;在要求不高的场合电路往往以需要产生的波形中的一种__作为振荡__。常用的振荡器有脉冲振荡器和正弦波振荡器。该部分主要考虑__频率调节范围和频率的稳定度。波形变换器功能是对振荡源产生的__进行变换和处理形成各种所需的__波形。重点考虑波形的失真问题通过采取各种措施尽可能使波形失真减少。输出电路是对各路波形__进行幅度均衡和切换并完成__幅度的调节、功能;重点考虑输出端的特性如输出波形的最大幅值、输出功率和输出阻抗等。
2、单元电路设计1、振荡电路振荡器形式很多主要有正弦波振荡器和非正弦波振荡器两类;正弦波振荡器的电路形式较多有LC振荡器、桥式振荡器、RC移相振荡器等。LC振荡器一般用于高频电路而桥式振荡器和RC移相振荡器通常用于低频电路。其特点是产生的正弦波的波形一般比较好但频率调节范围比较小幅度受频率变化的影响较大。非正弦波振荡器产生的是脉冲波电路形式更多简单、容易实现一般用RC充放电特性形成振荡;往往同时能产生锯齿波或三角波频率调节范围宽幅度较稳定。1方案选择方案一:利用集成运算放大电路也可实现产生方波和三角波的__发生器电路主要由比较器和积分器构成。下图是由RC无源积分器和比较器所组成的三角波、方波产生电路它的特点是线路简单但性能较差尤其是三角波的线性度和负载能力差。所以这种电路一般用于要求不高的场合。三角波、方波产生电路之一电路中集成运算放大器由电阻R1、R2连接构成迟滞比较器它形成的两个门限比较电压为:上限电压:下限电压:其中Vz=VWZ+VD。VWZ和VD分别为稳压二极管的稳压值和正向导通电压。积分器和迟滞比较器构成振荡电路。设开始时Vo=+Vz此时集成运算放大器正输入端的电压为VT+;Vo电压通过R对C充电Vc上升直到VT+比较器翻转Vo变为-Vz集成运算放大器正输入端的电压也变为VT-C通过R放电至VT-后比较器又翻转如此往复振荡下去。这样VO输出为方波VC输出为近似三角波。波形如图由RC无源积分器振荡电路的__波形由于三角波是电容C的充放电形成电容的充放电是按指数规律变化的并不是线性所以三角波的线形不好。要获得比较好的三角波时间常数RC必须取得很大这样振荡频率将变得很低如果要保证__的频率必须增大R1减少R2三角波的峰值将变得比较小一般取VOM≤
0.2VZ。方案二:如下图所示电路采用有源积分器可有效解决三角波形线性不好的问题故设计时选用该方案。三角波、方波产生电路之二电路中有源积分器由运算放大器2A及其__电路积分电容C和电阻R5、R7组成。有源积分器的输出通过R1接至比较器1A的正输入端积分器的输入电压由电位器分压取出设RW与R6形成的分压系数为aw则积分器的输入电压为Vi=±awVz。分压系数aw为:即积分器的输入电压Vi的峰值电压通过调节电位器RW可从到VZ可调。设某时刻比较器输出VOZ=VZ积分器的输入电压为+awVz。通过积分器积分使得VOS下降比较器的正端输入电压Vi+跟随下降。当Vi+电压下降超过0V时比较器将翻转VOZ=-VZVi+突然变为负电压此时为VOS的负峰电压-VO__。VO__的值为:比较器输出电压VOZ=-VZ又通过积分器使得VOS上升当Vi+电压上升超过0V时比较器又将翻转为VOZ=VZ重复下一次的振荡。此时VOS为正峰电压+VO__。振荡器输出VOZ为方波峰值为稳压二极管所限定的电压VZVOS为三角波的输出电压VO__为三角波的峰值。振荡器的波形如图RC有源积分器振荡电路的__波形在VOZ=-VZ期间为振荡半周期T/2积分器的积分时间常数约为输出电压VOS:可见VOS对时间为线性。当VOZ由-VZ变为VZ时VOS=VO__则振荡频率f为:代入并整理得频率为:可见改变aWw可改变频率RW为频率调节电位器。改变电容C也可调节频率通过开关以10倍地切换容量可获得10倍的频率档位扩展。2电路设计及参数估算根据输出口的__幅度要求可得最大的__幅度输出为:VM=5/2+3=
5.5V采用对称双电源工作±VCC电源电压选择为:VCC≥VM+2V=
7.5V取VCC=9V选取
3.3V的稳压二极管工作电流取5__则:VZ=VDZ+VD=
3.3+
0.7=4V为方波输出的峰值电压。取680Ω。取
8.2KΩ。R1=R2/3=
8.2/
1.5=
5.47KΩ取
5.1KΩ。三角波输出的电压峰值为:VO__=VZR1/R2=4×
5.1/
8.2=
2.4__VR4=R1∥R2=
3.14KΩ取3KΩ。取10KΩ。R6=RW/9=10/9=
1.11KΩ取1KΩ。积分时间常数:取C=
0.1uF则:R5=
4.019/
0.1=
40.19KΩ取39KΩ。取R7=R5=39KΩ。转换速率一般的集成运算放大电路都能满足要求。3电路调试
1.接入电源后用示波器进行双踪观察;
2.调节RP1使三角波的幅值满足指标要求;
3.调节RP2微调波形的频率;
4.观察示波器各指标达到要求后进行下一部按装
1.把两块741集成块插入面包板注意布局;
2.分别把各电阻放入适当位置尤其注意电位器的接法;
3.按图接线注意直流源的正负及接地端2、波形变换电路利用二极管将三角波转换成正弦波上图是利用二极管的非线性将三角波转换成正弦波的一种简单方案。图中采用两级二极管转换构成两个转折点的三段折线逼近正弦波电路。随着三角波输入电压增大二极管逐级导通等效的负反馈电阻逐级变小放大倍数变小。调节三角波的输入幅度使输出正弦波的失真最小即可。三角波的输入幅度约为2V输出正弦波的幅度约为
1.5V。3、输出电路1电路原理正弦波、三角波、方波三路__经过开关切换到放大电路的输入端。选择其中一路__进行输出。由于三路__的幅度不一致开关切换波形时会产生幅度跳变且进行幅度调节时幅度的变化不同步。必须对三路__幅度进行平衡。以其中一路__幅度最小的一路作为基准利用电位器RW1、RW2调节另外两路__的幅度使三路__在幅度调节电位器RW3上产生的幅度相等。R2、R3和集成运算放大器U形成__的放大电路对__进行放大电位器RW3用于调节__的输出幅度。RW4、R4、R5用于调节输出的直流电平大小直流电平由R6叠加到运算放大电路的输入端经放大后输出。R8形成所要求的输出电阻同时保护输出端短路损坏集成电路。2电路设计及参数估算1输入回路元件参数各个波形__统一的最大输入电压:电阻R1电位器RW3的取值不能太大也不能太小。取值太大由于各种杂散因素的影响会使__的质量下降。取值太小又可能使输入__过载__幅度下降严重时会使__失真。电位器的取值范围一般在1KΩ~10KΩ之间。R1的取值由输入__的负载特性决定当输入__的内阻较小时可取得较小也可以短路。一般情况下在几百欧姆到几千欧姆之间取值。电路中选取R1=XKΩ。电位器RW3取XKΩ选取RW1、RW2的标称值为使用值的两倍左右即可。2放大电路元件参数输入电阻R2=3~10RW3则由放大倍数得R3为:R8根据输出电阻要求来选取。3直流调节电路参数取电路的直流放大倍数为1有R6=R3采用正负对称电源时R4=R5。设输出直流电压最大调节范围是-V-~+V-则要求RW4的电压调节范围:若R6=R3有-V-~+V-。取分压电路的工作电流为II同时要满足:否则输入回路将对分压电路产生影响。R4、R5、RW4的取值由下式确定。R7为平衡电阻其值为:R7≈R2∥R3∥R6考虑电位器RW3、RW4的影响取值稍大一些。3电路调试
1.接入直流源后把C4接地利用万用表测试差分放大电路的静态工作点;
2.测试V1、V2的电容值当不相等时调节RP4使其相等;
3.测试V3、V4的电容值使其满足实验要求;
4.在C4端接入__源利用示波器观察逐渐增大输入电压当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压;
3、整机电路调试
1.把两部分的电路接好进行整体测试、观察
2.针对各阶段出现的问题逐各排查校验使其满足实验要求即使正弦波的峰峰值大于1V。仪器仪表清单设计所用仪器及器件
1.直流稳压电源1台
2.双踪示波器1台
3.万用表1只
4.运放7412片
5.电位器50K2只100K1只
6.电容470μF4只
0.05μF2只
7.三极管90134只
8.面包板1块
9.剪刀1把
10.仪器探头线2根
11.电源线4根
12.20K欧电阻4个30K欧电阻2个
7.5K欧电阻1个100欧电阻1个2K欧电阻2个
6.7K欧电阻1个9K欧电阻2个。