《模拟电子技术》课程设计报告函数信号发生器
前言：
 课程设计是继“模拟电子技术基础”及“数字电子技术基础”理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，综合所学知识进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。
 
 1.实验简介
1、1实验的目的及主要任务:
 1．1．1实验目的
模拟电子技术课程设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。本次实验课题为函数发生器的设计，它旨在通过本次设计，掌握方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法与调试技术；以及学会安装与调试由多级单位电路组成的电子线路及使用集成函数发生器。

1．1．2设计任务、主要技术指标及设计要求       （1）设计课题：方波-三角波-正弦波发生器。
 （2）初始条件：
 可选元件：双运放μA741两只，双三极管3DG130两对，电阻、电位器、电容若干，直流电源Vcc= +12V，VEE= -12V，或自备元器件。
 可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，毫伏表
 
（3）设计任务
根据已知条件，完成对方波－三角波－正弦波发生器的设计、装配与调试。
（4）主要技术指标

频率范围　10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz；
正弦波Upp≈3V，幅度连续可调，线性失真小。
三角波Upp≈5V，幅度连续可调，线性失真小。
方波Upp≈14V，幅度连续可调，线性失真小。
（5）设计要求  
      根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工 作原理，计算元件参数，列出所有元、器件清单报实验室备件，安装调试所实际的电路，使之达到设计要求并纪录试验结果，最后撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）

1.2实验原理
1．2．1.函数发生器的组成
   函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波（锯齿波）、方波（矩形波）、阶梯波等电压波形的电路或仪器。电路形式可以采用由运放及分立元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法。
 产生方波、三角波和正弦波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过比较器电路变换成方波，再通过积分电路变换成三角波；依然可以首先产生方波、三角波，然后再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波；或采用一片能同时产生上述三种波形的专用集成电路芯片（5G8038）。
1．2．2函数发生器的主要性能指标
 （1）输出波形：方波、三角波、正弦波等。
  （2）频率范围：输出频率范围一般可分为若干波段。
 （3）输出电压：输出电压一般指输出波形的峰峰值。
 （4）波形特征：
 正弦波：谐波失真度，一般要求小于3%。
 三角波：非线性失真度，一般要求小于2%。
方波：上升沿和下降沿时间，一般小于0.002ms.
        2多种实验方案的提出与比较论证
 
 通过查阅相关资料，并结合自己所学的理论知识，对本课程设计提出以下方案，并做出相应比较，便于选择较好的设计方案
  2.1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
 

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：
线性良好、稳定性好；
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；
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；
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。

2.2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。
 二极管－电阻网络折线逼近电路对于集成化来说是比较简单，但要采用分立元件打接则会用到数十个器件，而且为了达到较高的精度所有处于对称位置的电阻和二极管的正向导通电阻都应匹配。实现起来不是很方便的。另外折线逼近电路的原理是应用电路传输的非线性，故作用于变换电路的输入信号的幅度必须是固定的。而且这个转换网络   还有输出阻抗高的缺点。

二极管－电阻转换网络图
〖方案三〗
 利用差分放大器的差模传输特性。设差放的集电极电流分别为和，输入差模电压为 ,发射极电流为,则晶体三极管工作在放大区时有：
         
由下图的传输特性曲线我们可以想象当输入为三角波时输出会得到近似的正弦波

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