漳州師範學院
電子設計
函式訊號發生器的設計
姓名： 殷偉昊
學號： 090502132
班級： 09電本（1）
系別： 物理與電子資訊工程系
指導教師： 王海光
2023年 04 月 11 日
摘要函式訊號發生器作為一種常用的訊號源，是現代測試領域內應用最為廣泛的通用儀器之一。在研製、生產、測試和維修各種電子元件、部件以及整機裝置時，都要有訊號源，由他產生不同頻率不同波形的電壓、電流訊號並加到被測器件或裝置上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定他們的效能引數，訊號發生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。它可以產生多種波形訊號，如正弦波、三角波、方波等，因而廣泛用於通訊、雷達、導航、宇航等領域。
本次課程設計的波形發生電路以lm324為核心, 實現簡易波形的輸出。滯回比較器和積分運算電路產生方波和三角波的輸出；二階低通濾波電路實現正弦波的輸出。實現全波整流的功能。
關鍵字：電壓跟隨器；lm324；滯回比較器；積分運算電路；二階有源低通濾波電路；反相比例運算電路；
1.全波整流系統實現方案
系統實現方案的結構框圖如圖3.1所示。
圖3.1 系統實現方案結構框圖
工作原理圖如圖4.1所示。
圖中虛線左邊為同相輸入滯回比較器，由lm324、電阻和穩壓二極體組成。當同向端輸入電壓大於零時，運放輸出幅值為+uz的高電平當同向端輸入電壓小於零時，運放輸出幅值為-uz的低電平，故uo1幅值為±uz的方波。
右邊為積分運算電路，由電阻和電容組成。當uo1輸出高電平時，電容充電，運放輸出電壓負方向線性增加，並反饋到滯回比較器的同向輸入端，控制其輸出端的狀態跳變；當uo1輸出電壓跳變到低電平時，電容放電，運放輸出電壓正方向線性增加，並反饋回去，從而在uo2端得到週期性的頻率與方波相同的三角波。
圖4.1 方波和三角波電路的原理圖
引數計算：
滯回比較器中運放lm324同相輸入端的電壓u+同時與uo1和uo2有關，根據疊加原理，可得：
根據疊加原理，整合運放u1a同相輸入端的電位u+=u-=0，，滯回比較器的輸出發生跳變。閾值電壓。
由積分電路的運算可得，，起始值為-ut，終了值為+ut，積分時間為t/2。此時,故得，所以頻率為
方波輸出幅度的理論值：u01=2*(3.9+0.7)=9.2v
三角波輸出幅度的理論值：u02=r1/r2*u01=10k/10k*9.2v=9.2v
器件選擇：lm324，, , ,
工作原理圖如圖4.2所示。
圖4.2 二階有源低通濾波電路的原理圖
電路中既引入了正反饋又引入了負反饋。當訊號頻率趨於零時，由於c2的電抗趨於無c窮大，故正反饋很弱；當訊號頻率趨於無窮大時，由於c3的電抗趨於零， 故u+趨於零。因而可以起到濾除高頻成分保留低頻成分的作用。
低通濾波器的通帶截止頻率應大於三角波的基波頻率且小於三角波的三次諧波頻率。在u02端輸入三角波，濾除高頻成分後在u03可得到正弦波。
引數計算：
三角波的傅利葉展開公式：
通過二階低通濾波器的通帶截止頻率應大於三角波的基波頻率且小於三角波的三次諧波頻率，故，取,，所以該電路的截止頻率為:
在uo3處得到基頻的正弦波，頻率為257hz。
正弦波的理論值：
器件選擇：,，
（1）未上電前，認真檢查板是否焊接正確，同時檢查線路內部是否出現斷路。
（2）檢查所有晶元的電源腳和接地腳是否正確。
圖5.2.2 方波和三角波的波形
. 表一：
分析：（1）三角波和方波的幅值，頻率和週期在理論上均相等。
（2）實際測量的數值與理論值存在差異以及方波與三角波實際測量的數值存在差異，是因為運放本身就有自帶誤差以及電阻的不等，尤其是瓷片電容的誤差較大，所以造成實際值和理論值之間的誤差。
函式訊號發生器 設計報告 1
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