函数信号发生器设计.ppt

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1、2023/5/22,长江大学 龙从玉,1,4.函数信号发生器设计,1.1 实验任务：设计采用运放（包括可用三极管）构成正弦波.三角波.方波函数信号发生器。1.2 性能指标要求：Vcc=12V;Vee=-12V。采用设计方案。设计正弦波/方波/三角波的函数发生器(用文氏电桥正弦波振荡器):频率范围：150 1500hz 输出电压：方波upp14V;三角波upp8V；正弦波upp15V 波形特性：方波上升时间tr6V 波形特性：方波上升时间tr30us;三角波非线性系数r2%:正弦波非线性失真r5%,1.设计实验任务与要求：,2023/5/22,长江大学 龙从玉,2,2.1 RC文氏电桥振荡器产生

2、正弦波，方波-三角波产生电路可正弦波振荡器采用波形变换电路,通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输出。此电路的输出频率就是就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率.,2.函数信号发生器电路设计参考方案,RC正弦波震荡器,迟滞比较器,积分器,正弦波uo1,方波uo2,三角波uo3,2.2用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差分放大器，作为三角波正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率.,迟滞比较器,积分器,正弦波uoz,方波uof,三角波uo3,差分放大器,过压,2023/5/22,长江大学 龙从玉,

3、3,3.2 RC文氏电桥振荡器实验要点:.在R1=R2=R,C1=C2=C时,振荡频率f=1/(2RC);.起振幅值条件:Au1=(Ra+Rf)/Ra3.即Rb/Ra 2.Rf=RW+(R3Rd)Rd:二极管正向电阻.*电路调整的关键是：负反馈电路中的电位器RW的细心调节，RW过大：输出方波！RW过小：电路不起振！,3.1 RC文氏电桥正弦波振荡器的工作原理:文氏电桥振荡器由RC串并选频网络和同相放大器组成.其中RC串并选频网络形成正反馈电路并决定RC振荡器的振荡频率fo：电路的振荡频率:fo=1/(2RC)(当R1=R2;C1=C2时)当f=fo时:up与uo的相位差=00 fumax=up

4、/uo=1/3.Ra和Rb形成反向比例电路决定起振的幅值条件调节波形与稳幅控制.,3.RC文氏电桥正弦波振荡电路,2023/5/22,长江大学 龙从玉,4,4.1方波/三角波产生电路：由迟滞比较器与积分器首尾相串联构成。电路输出频率fo=R2/(4R1RpC)；三角波输出电压：Uo2=Uz*R1/R2,2023/5/22,长江大学 龙从玉,5,3.3 RC文氏电桥振荡电路,调节Rw,使uo波形基本不失真时,分别测量输出电压up.uo和振荡频率fo,并记录表-1中.,文氏电桥振荡器：fo=1/2RC；正反馈电路：RC串并选频网络决定RC振荡器的振荡频率fo。反向比例电路：Ra和Rb决定起振条件A

5、u，调节波形与稳幅控制。Rb并联D1.D2：正向非线性电阻起振时：电压低电阻RD大Au大；振荡幅值大时：电压高电阻RD小Au小，整形限幅。,2023/5/22,长江大学 龙从玉,6,4.2 方波/三角波变换电路的计算与测试：按上图-3所示电路组成的信号产生与方波/三角波变换电路,计算信号频率与三角波电压幅值，用示波器观察并测量方波-三角波uof、uo3波形。将实验数据记录在表-2中.,5.用差分放大器做三角波/正弦波变换电路,5.1差分放大器的差模特性：1)单端输出差模电压增益：AVD=-RL/2(RB1+rbe)2)差模输入电阻：Rid=2(RB1+rbe)+(1+)RP3)差模输出电阻：R

6、O=RC,2023/5/22,长江大学 龙从玉,7,图-3 差分放大器:三角波/正弦波变换电路,5.2 用差分放大器传输特性实现三角波/正弦波变换：根据差分放大器差模输入下，iC随输入uid变化的规律。放大器电流恒定，用差分对管的饱和与截止特性进行波形变换。,IR,Io,恒流源由Q3.Q4.Re3.Re4与Rp3构成为差分放大器提供恒定电流：Io=IR=Vee-0.7/(Rp3+Re4),电路要求：传输特性对称线性区尽可能窄；输入三角波的幅值um接近晶体管的截止电压。差分放大器主要由Q1Q2等构成。其中Re用于减小差放的线性区，Rp2对称性调节，C3滤波电容。,2023/5/22,长江大学 龙

7、从玉,8,调试时应注意：在调试正弦波振荡器时，先测量运放的输入/输出端的直流电压(正常时均为0)。再将反向比例电位器RPb调至最大，最后将该电位器缓慢调小，使输出为正弦波。根据RC文氏电桥参数计算振荡频率，其次应使积分电路的R3*C3 正弦波振荡电路的R1*C1！否则，可能会影响输出三角波的波形！,6.1 用运放构成以RC振荡器为基础的函数信号发生器:根据信号频率:fo=1/2C(R1*RP2)0.5，三角波电压:uo=uiwT/(4RC)分别将信号发生器电路计算参数与实验测量数据记录在表-3中。,2023/5/22,长江大学 龙从玉,9,6.2 正弦波/方波/三角波变换电路采用RC振荡器产生

8、正弦波,频率:fo=1/2C(R1RP1)0.5通过比较器变换同频率方波，再通过积分器变换同频率三角波。,参考图-4 RC振荡函数信号发生器,振荡器正弦波,R调频率,RPB调Au起振限幅,频率:150-1500hz,比较器:正弦波/方波,积分器:方波/三角波,uo3=uo2T/(4Rp4C3),调占空比,2023/5/22,长江大学 龙从玉,10,7.实验报告要求：7.1.有较完善的电路设计方案，有各单元电路的工作原理及电路中关键元件作用的论述；7.2.有波形产生电路频率及波形变换电路输出电压的理论计算；7.3.根据实验记录原始数据,计算实验结果，并将实验结果与实验电路的理论计算值对比；7.4.记述实验过程中出现的故障，分析故障产生的原因及消除的办法。,2023/5/22,长江大学 龙从玉,11,频率fo=R2/4R1C(Rp1+Rp2+RD),迟滞比较输出方波,积分输出三角波,占空比,差动波形变换输出正弦波,恒流源,RO=RC,uo2=uo1*R1/R2,