函数信号发生器的设计
一、实验内容
设计一个能产生三角波、正弦波、方波信号的函数信号发生器。
二、设计要求
基本要求：信号频率范围 1Hz～20kHz 正弦波峰峰值 3V 幅值可调 方波峰峰值 5V 幅值可调 三角波峰峰值 5V 幅值可调
提高要求：输出频率范围上限1MHz，输出阻抗50欧
三、实现方法参考
（1）用分立元件、晶体管、集成运放等通用器件制作组成函数发生器，要求给出仿真结果，并利用测试工具给出几个常见的性能指标。
（2）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。如美国马克西姆公司开发的新一代函数信号发生器ICMAX038，可以达到更高的技术指标。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。
（3）利用单片机配合D/A转换器实现。
（4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率，具体实现可以采用CPLD或FPGA等芯片。
（5）利用虚拟仪器技术，通过对声卡的控制实现各种信号的产生。
四、实验原理图
XSC1Ext Trig+_A+_+B_+A_+B_C1S1XSC3Ext Trig+_VCC12VXSC2Ext Trig+_A+_+B_C5R6R7C4VEE-12VKey = SpaceVEE-12VR1U1R40?T1U2C2R9R850%VCC12VRP2R2R340%RP1R5VCC12V91%RP3T3VEE-12VR11R12T4R13RP4T2R10 五、实验仿真（用multisim）
方波
充电时间T1为: T1=(Rf +Rw’2)Cf
放电时间T2为: T2=(Rf +Rw’1)Cf 波形的占空比D为: D=T1/(T1+T2)
调节电位器Rw,可以改变振荡频率,但三角波的幅值也随之变化.一般采用调节Rw来调节电路从而调节波形输出不失真。
三角波
三角波和方波发生器 如把滞回比较器和积分器首尾相接形成反馈闭环系统,则比较器输出的方波经积分器积分可到三角波,三角波有触发比较器自动翻转形成方波,这样可构成三角波,方波发生器.由于采用运放组成的积分器电路,因此可以实现恒流充电,使三角波线性大大改善. 充电时间T1为: T1=2R1R4C/R2 放电时间T2为: T2=2R1R5C/R2
波形的占空比为: D=T1/(T1+T2)=1/(R5/R4) 调节R5可以调节占空比D.
正弦波
RC串,并联电路构成正反馈支路同时兼作选频网络,R1,R2,Rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节.调节Rw,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形.利用两个二极管D1,D2正向电阻的非线性特征来实现.且输出波形正,负半周对称.R3的接入是为了削弱二极管的非线性影响,以改善波形失真. 电路的振荡频率 fo=1/2∏RC 起振的幅值条件 RF/R1>2
七.测量结果验算：
对于图7所示电路，其性能指标的测量值如下表：
表7------函数发生器性能指标测试
C1=10μF 频率范围 100HZ∽1KHZ 1~10KHZ 方波 方波 Vp-p Vtr 22V 24V 八.误差分析：
(1)根据性能指标从而测量误差分别为： 方 波:rvp-p=（24-22）/24=8.33% rvtr=(29-24)/29=17.2% 三角波:rvp-p=(6-4.5)/6=25% (2)误差分析
1.输出电压Vp-p≤2Vcc，因为运放输出级是由NPN型或PNP型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。
2.方波的上升时间tr，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容C1（C1一般为几十皮法）。可用示波器（或脉冲示波器）测量tr 九.电路安装与调试技术：
由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，在安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，A1的输出vo1为方波，A2的输出vo2为三角波，微调RP1，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，调节RP2，则输出频率连续可变。
RP1变化范围 0∽100KΩ C2=1μF 频率 f=1KHZ 1~47KΩ 三角波 Vp-p 4.5V 十.实验总结：
1．次实验掌握了方波-三角波函数发生器的工程设计估算方法，掌握了函数发生器的主要性能指标及其测量方法。尤其对如何改变函数发生器的波形的体会较深。
2．进一步熟悉了示波器，信号发生器和万用表的使用方法，以及如何检查晶体管的好坏。
3．在实验时应保持冷静，测试有条理.遇到问题要联系书本知识积极思考,同时一定要做好实验前的预习和实验中的数据记录,这样才能够在实验后有数据进行分析和总结,写出合格的实验报告。