模拟电路基础课程设计—函数信号发生器 - CSDN文库

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模拟电路课程设计——函数信号发生器

设计者：刘晗9937085 李剑飞9937079 赵勇9937086（通信九九、二）

指导老师：陆小珊

一、设计任务和要求

1 在给定的±12V直流电源电压条件下，使用运算放大器设计并制作一个函数信号发生器。

2 信号频率：1kHz～10kHz

3 输出电压：方波：Vp-p≤24V

三角波：Vp-p≤6V

正弦波： Vp-p>1V

4 方波：上升和下降时间：≤10ms

5 三角波失真度：≤2%

6 正弦波失真度：≤5%

二、设计方案论证

1．信号产生电路

〖方案一〗

由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。

这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。但是对于三角波的产生

则有一定的麻烦，因为题目要求有10倍的频率覆盖系数，然而对于积分器的输入输出关系为：

显然对于10倍的频率变化会有积分时间dt的10倍变化从而导致输出电压振幅的10倍变化。而这是电路所

不希望的。幅度稳定性难以达到要求。而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。

〖方案二〗

由积分器和比较器同时产生三角波和方波。其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正、负极性的

文氏

电桥

正弦波

比较器积分器

方波三角

波

三角波

积分器

比

较

器

反馈

方波

电位交替地反馈积分器去积分而得到三角波。该电路的优点是十分明显的：

1 线性良好、稳定性好；

2 频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度

恒定不变；

3 不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；

4 三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。

综合上述分析，我们采用了第二种方案来产生信号。下面将分析讨论对生成的三角波和方波变换为

正弦波的方法。

2．信号变换电路

三角波变为正弦波的方法有多种，但总的看来可以分为两类：一种是通过滤波器进行“频域” 处理，

另一种则是通过非线性元件或电路作折线近似变换“时域”处理。具体有以下几种方案：

〖方案一〗

采用米勒积分法。设三角波的峰值为，三角波的傅立叶级数展开：

通过线性积分后：

显见滤波式的优点是不太受输入三角波电平变动的影响，其缺点是输出正弦波幅度会随频率一起变化

（随频率的升高而衰减），这对于我们要求的10倍的频率覆盖系数是不合适的。另外我们在仿真时还发

现，这种积分滤波电路存在这较明显的失调，这种失调使输出信号的直流电平不断向某一方向变化。

积分滤波法的失调图（Protel 99 SE SIM99仿真）

而且输出存在直流分量。

〖方案二〗

才用二极管－电阻转换网络折线逼近法。十分明显，用折线逼近正弦波时，如果增多折线的段数，

则逼近的精度会增高，但是实际的二极管不是理想开关，存在导通阈值问题，故不可盲目的增加分段数

在所选的折线段数一定的情况下，转折电的位置的选择也影响逼近的精度。凭直观可以判知，在正弦波

变化较快的区段，转折点应选择的密一些；而变化缓慢的区段应选的稀疏一些。

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lonely09baby

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