低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

1、制 作 人 ： 電 氣1 3 4趙 卓 強(qiáng) 、 謝 磊 、 周 越 、 嚴(yán) 杰 峰 、 熊 偉 、 黃 宇 祺 、李 典我們?cè)诖笠蛔鍪静ㄆ鲗?shí)驗(yàn)的時(shí)候就初次碰到過(guò)示波器，剛開(kāi)始我總以為示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種東西，后來(lái)才知道完全是兩種不同的東西。經(jīng)過(guò)第一次模電實(shí)驗(yàn)的了解，我們很充分的明白了函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本工作方法和操作步驟。通過(guò)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種不同波形的波，并且可以設(shè)定頻率，幅度。低頻信號(hào)發(fā)生器低失真的正弦波電壓，可用于校驗(yàn)頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可輸出自定義波形,如

2、正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。該信號(hào)發(fā)生器具有體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)衰減器開(kāi)關(guān)衰減器開(kāi)關(guān) 頻率檔級(jí)頻率檔級(jí)函數(shù)函數(shù)/ /計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 頻率調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié) 同步信號(hào)輸出同步信號(hào)輸出頻率計(jì)數(shù)輸入頻率計(jì)數(shù)輸入畫(huà)電路圖：畫(huà)電路圖：protel電路板布局電路板布局：altium designer電氣電氣制圖：制圖：Autocad電路仿真：電路仿真：pSpice(Orcad), ewb(multisim)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器器二、性能與技術(shù)指標(biāo)二、性能與技術(shù)指標(biāo)1. 同時(shí)輸出三種波形：方波、

3、三角波、正弦同時(shí)輸出三種波形：方波、三角波、正弦波波2. 頻率范圍：頻率范圍：10Hz 10kHz3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度:日1030ff 這種這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號(hào)。而正弦波信號(hào)的波形質(zhì)量，與角波和方波信號(hào)。而正弦波信號(hào)的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細(xì)介紹。路分析中詳細(xì)介紹。 正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器積分器正弦波方波三角波1. 三角波方波發(fā)生器三角波方波發(fā)生器(1)(1)比較器比較器RCRC電路電路 R兩端的電壓兩端的電壓逐漸下降，充電電逐漸下降，

4、充電電流也將不斷減小。流也將不斷減小。由運(yùn)算放大器A、R0、R1、R2、DZ1和DZ1組成的滯回比較器與RC電路組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖4所示。其輸出電壓和電容器C上的電壓如圖5所示滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器遲滯比較器。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)ui逐漸增大或逐漸減小時(shí)，它有兩個(gè)閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。線性度非常差，顯然不能當(dāng)作三角波使用。使線性度非常差，顯然不能當(dāng)作三角波使用。使i iC C恒定的辦法有多種，其實(shí)質(zhì)都是利用恒流源電恒定的辦法有多種，其實(shí)質(zhì)都是利用恒流源電路取代圖中的路取代圖中的R R，便可獲得較為理

5、想的三角波波，便可獲得較為理想的三角波波形。形。解決措施：三極管三極管構(gòu)成構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成1 1個(gè)恒流源個(gè)恒流源+ +橋式整流橋式整流在一般使用情況下，在一般使用情況下，V 1和和V2都接地。只有在都接地。只有在方波的占空比不為方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不，或三角波的正負(fù)幅度不對(duì)稱時(shí)，可通過(guò)改變對(duì)稱時(shí)，可通過(guò)改變V 1和和V2的大小和方向加的大小和方向加以調(diào)整。以調(diào)整。V 1和和V2都接都接地時(shí)的波形：地時(shí)的波形：324RRRCT (1) (1) 對(duì)稱調(diào)節(jié)點(diǎn)對(duì)稱調(diào)節(jié)點(diǎn)V V 1 1 V 10時(shí)：時(shí)：tRCVvvtvOOO1211)0()( 當(dāng)當(dāng)vO2=+VZ時(shí)，時(shí)，

6、ZOVRRv321)0( ZOVRRTv3211)( ZZVRRVVRCT32112 ZOVRRv321)0( ZOVRRTv3221)( ZZVRRVVRCT32122 當(dāng)當(dāng)vO2= - -VZ時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)V 10時(shí)，時(shí)，T1T2；V 10時(shí)，時(shí)，T100，則三角波上移；，則三角波上移；若若V V2200，則三角波下移。，則三角波下移。其上幅度為其上幅度為：ZVRRVRR322321 其下幅度為其下幅度為：ZVRRVRR322321 而三角波的峰峰值為：而三角波的峰峰值為：ZPPOVRRV32)(12 由上可知，當(dāng)由上可知，當(dāng)R2/R3的比值調(diào)好后，三角波的比值調(diào)好后，三角波的峰峰值已經(jīng)確定

7、，調(diào)節(jié)的峰峰值已經(jīng)確定，調(diào)節(jié)V2的大小可使三角波的大小可使三角波上下平移。上下平移。 因此，當(dāng)由于失調(diào)等原因引起三角波零因此，當(dāng)由于失調(diào)等原因引起三角波零位偏移（上下不對(duì)稱）時(shí)，可通過(guò)改變位偏移（上下不對(duì)稱）時(shí)，可通過(guò)改變V2的的大小進(jìn)行調(diào)整。大小進(jìn)行調(diào)整。函數(shù)轉(zhuǎn)換是指：把某種函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成另函數(shù)轉(zhuǎn)換是指：把某種函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成另一種函數(shù)關(guān)系，能完成這種轉(zhuǎn)換功能的電子電一種函數(shù)關(guān)系，能完成這種轉(zhuǎn)換功能的電子電路就稱為函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。常用的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，路就稱為函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。常用的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，如半波、全波整流電路，就是把正弦波形轉(zhuǎn)換如半波、全波整流電路，就是把正弦波形轉(zhuǎn)換成半波和全波波形的函數(shù)轉(zhuǎn)換

8、電路。本實(shí)驗(yàn)需成半波和全波波形的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)驗(yàn)需要討論的是，把三角電壓波形轉(zhuǎn)換成正弦電壓要討論的是，把三角電壓波形轉(zhuǎn)換成正弦電壓波形的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。波形的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。從轉(zhuǎn)換原理分析，有多種方法能完成這一從轉(zhuǎn)換原理分析，有多種方法能完成這一轉(zhuǎn)換功能，常用的有：轉(zhuǎn)換功能，常用的有： ttttVtvm 7sin715sin513sin31sin8)(2222濾波法的轉(zhuǎn)換原理是，把峰值為濾波法的轉(zhuǎn)換原理是，把峰值為Vm的三角的三角波用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：波用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)： 濾波法濾波法 運(yùn)算法運(yùn)算法 折線法折線法運(yùn)算法的轉(zhuǎn)換原理是，把展開(kāi)成冪級(jí)數(shù)形運(yùn)算法的轉(zhuǎn)換原理是，把展開(kāi)成冪級(jí)數(shù)形式：

9、式： !7!5!3sin753xxxxx由上述關(guān)系容易看出，取冪級(jí)數(shù)的前幾項(xiàng)由上述關(guān)系容易看出，取冪級(jí)數(shù)的前幾項(xiàng)（根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求），可以通過(guò)對(duì)線性（根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求），可以通過(guò)對(duì)線性（三角波）變化量（三角波）變化量x的運(yùn)算來(lái)近似表示成的運(yùn)算來(lái)近似表示成 sinx，但要求三角波的幅度但要求三角波的幅度/2。因?yàn)槲覀儾](méi)有很準(zhǔn)確的能夠把所有元器件都搞齊，所以我們只能把搞出一個(gè)大致的電路板，并不能顯示實(shí)物。這也是局限所在。通過(guò)之前的原理說(shuō)明，我們大概知道了波形的發(fā)生電路還有轉(zhuǎn)換電路，所以根據(jù)電路圖我們用multisim進(jìn)行了仿真，并且運(yùn)用ad（altium designer）進(jìn)行了）進(jìn)行了pc

10、b板的制作板的制作接下來(lái)才是最難的地方。因?yàn)闆](méi)有現(xiàn)成的板子，所以我們只能從頭開(kāi)始做，自己買材料打磨，印版，打孔焊接。材料都是同學(xué)們自己買的，感謝周越同學(xué)百忙之中出去買材料，辛苦了.Pcb板我們買的是雙面的，實(shí)際上只需要單面。其中的電路圖有很多細(xì)節(jié)都需要改進(jìn)。所以我們改了很多次。在此特別鳴謝謝磊同學(xué)的努力，電路圖最終還是成功模擬出來(lái)了。(*_*) 嘻嘻制版過(guò)程接下來(lái)是印版，打磨和腐蝕腐蝕用的是以銅離子為主的腐蝕劑，大概熱水80度這樣，加入腐蝕劑，把板子腐蝕掉只剩下線路。時(shí)間大概10到20分鐘這樣。第一次腐蝕所以有些地方還是需要改進(jìn)。焊接總結(jié)v 這一次的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該說(shuō)任務(wù)，的確是很難，因?yàn)楹瘮?shù)信號(hào)發(fā)生器這東西真的不是僅僅靠學(xué)生一個(gè)月左右就能完成的作品，雖然任務(wù)艱巨，但是我們也學(xué)到了很多。對(duì)于電路，放大器還有一些其他元件的工作原理都有了很深的理解。我們也自學(xué)了很多軟件，ad軟件都是自己自學(xué)，大家都很努力也