课 程 设 计 任 务 书
课 程 名 称 电子线路课程设计 课程设计题目 函数信号发生器的设计 课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
1．设计能产生正弦波等波形的函数信号发生器， 2．信号频率范围： 1Hz∽100kHz； 3．输出波形要求
① 正弦波 谐波失真度≤2%；
② 方波 上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间； 4．输出信号幅度范围：0∽20V； 二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料
1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年 2. 阎石，数字电子技术（第五版）．[M]北京：高等教育出版社，2005. 3. 陈孝彬《555集成电路实用电路集》高等教育出版社2002-8 4. 王刚 《TTL集成电路应用》 机械工业出版社 2000-10 五、按照要求撰写课程设计报告
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成绩评定表： 序号 评定项目 1 2 3 4 5 设计方案正确，具有可行性，创新性（15分） 设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分） 态度认真，遵守纪律（15分） 评分成绩 设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分） 答辩（30分） 总分 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字：
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一、概述
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。
函数信号发生器的应用十分广泛，无论是在生产、科研还是教学上，函数信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。例如在通信、官博、电视系统中，都需要射频发射，这里的射频波就是载波，把音频、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的函数信号发生器。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
二、方案论证
设计一个函数信号发生器，能产生正弦波和方波，并且输出信号幅度和信号频率可调，谐波失真度较小。 方案一：
方案一原理框图如图1所示。
多谐振动器 积分运算电路 差分放大电路 产生方波 产生三角波 产生正弦波 图1 数字电子电路实现方案原理图
由555定时器所构成的多谐振动器产生方波, 方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。采用分立器件实现电路组成，主要的部件电压比较器、积分运算电路、差分放大电路、选择开关、电位器和一些电容、
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电阻组成。该方案由三级单元电路组成的，第一级单元可以产生方波，第二级可以产生三角波，第三级可以产生正弦波，通过第二级的选择开关可以实现频率波段的转换，通过对差分放大电路部分元器件的调节来改善正弦波产生的波形。 方案二：
方案二原理框图如图2所示。
有RC震荡回路产生正弦波，再由比较器产生方波。该方案通过调节不同电位器可调节函数发生器输出振荡频率大小、占空比、正弦波信号的失真，可产生精度较高的方波、三角波、正弦波，且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。该电路有二级单元组成，第一级单元产生正弦波，第二级单元产生方波。通过对正反馈网络元器件参数的调节可以改变信号的频率范围，通过对负反馈网络元器件参数的调节可以减小谐波失真度，通过施密特触发器来改善方波产生的波形。
方案二采用芯片精度较高，温度稳定性和频率稳定性比较好，它们能产生300kHz以下的中低频正弦波、矩形波和三角波。与题目要求相符。
综上所述，选择第二种方案。用改进过的RC震荡回路产生正弦波，用运放将产生的正弦波放大，再用电压比较器比较器将放大了的正弦波转换为方波。
正反馈网络 产生正弦波 产生方波 运算放大器 电压放大器 电压比较器 负反馈网络 方波整形 施密特触发器 图2 模拟电子电路实现方案的原理图
三、电路设计
1.正弦波发生电路
实用的RC正弦波振荡电路多种多样，但最具典型性的是RC桥式正弦波振荡电路，也
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称文氏桥振荡电路。本设计采用的就是这种电路。
当输入量为0时，反馈量等于尽输入量。由于电扰动，电路产生一个幅值很小的输出量，它含有丰富的频率，而电路只对频率为f0的正弦波产生正反馈过程，则输出信号进入一个循环——输出电压增,反馈电压增，输出电压增。在正反馈过程中，输出电压越来越大。由于晶体管的非线性特性，当输出电压的幅值增大到一定程度时，放大倍数的数值将减小。因此，输出电压不会无限制的增大，当输出电压增到一定值时，电路达到平衡。
图3 正弦波产生电路
正反馈网络由R1、C2、C3、C6和R2、C1、C4、C5组成；负反馈网络由R3和R8组成。
为了获得较小的谐波失真度，R3的取值要略大于2R8。此外，由于输出电压与输入电压具有良好的线性关系，所以为了稳定输出电压的幅值，在电路中加入非线性环节，如图中D1和D2。
为了使振荡频率连续可调，在正反馈网络中接入值可调的电容，如图中C3、C5等。 振荡频率 f0=1/2*pi*RC
R=R1=R2，C的值根据可调电容的值与固定电容的值，用电容的串并联规律求得。
C=C2+C3+C6=C1+C4+C5
所以改变电容的值即可改变振荡频率。
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