模拟电子课程设计
-------函数发生器的设计
第一节 设计任务
输出：方波-----三角波----正弦波发生器
第二节 主要技术指标
频率范围：100——1KHZ， 10HZ——100HZ 频率调节方式：手动——电位器调节; 输出幅度：方波Vpp<=24V; 三角波 Vpp=5V; 正弦波 Vpp>1V;
波形特性：方波前波沿无过冲，上升时间<100us 三角波非线性失真小于2% 正线波谐波失真小于5%
第三节 电路工作原理及电路设计与调试
电路工作原理如下： 原理框图
总设计参考图：
若a点断开，整个电路呈开环状态。运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器。运放的反向端接基准电压，即U-=0，同相端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输入Uo1的高电平近似等于正电源电压+Ucc，低电平近似等于负电源电压-Uee（|+ Ucc | = | —Uee |），当比较器的U+=U—=0时， 比较器翻转，输出Uo1从高电平+Ucc跳到低电平-Uee，或从低电平-Uee跳到高电平+Ucc。设Uo1=+Ucc,则
U??R2R2?R3?RP1(?Ucc)?R3?RP1R2?R3?RP1Uia?0
将公式整理，得比较器翻转的下门限电位Uia为
若Uo1=-Uee，则比较器翻转的上门限电位Uia+为
Uia??R2R3?RP1(?Uee)?R2R3?RP1(Ucc)Uia??R2R3?RP1(?Ucc)??R2R3?RP1Uia?0比较器的门限宽度Uh为
运放A2与R4、RP2、C1（C2）及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1则积分器的输出Uo2为
Uo2??1(R4?RP2)C2Uh?Uia??Uia??2R2R3?RP1Ucc
?Uo1dt
方波和锯齿波的电路图：
方波发生电路的工作原理
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
比较器的门限宽度
UH?Uia??Uia??2R2R3?RP1ICC
由式子（3-2-1）～(3-2-4)可以得到比较器的电压传输特性，如图所示。
a点断开后，运放A2与R4、RP3、C2、及R5组成反相积分器，其输入信号为方波U01，则积分器的输出 Uo2??1(R4?RP1)C2?Uo1dt
当U01=+Vcc时， Uo2??VCC(R4?RP1)C2VEEt
当U01=-Vcc时， Uo2?(R4?RP1)C2t
可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图所示。
锯齿波--正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，分析表明，传输特性曲线表达式为：
ic1??ie1?1?eic2??ie2?1?e?I0?Uid/UT, 式中，α=Ic/Ie~=1;I0为差分放大器的
,?I0?Uid/UT恒流源电流；Ut为温度的电压当量，当室温为25Co时，Ut~=26mv 如果Uid为三角波，设表达式为
Uid42 （5—3）
?4Um(t?3T).......(T?t?T)T424Um(t?T)......(0?t?T)?式中，Um为三角波的幅度，T为三角波的周期
由图可得
（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好。
（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近截止电压。
电路图中，RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形
正弦波的电流图：
正弦波的电流工作原理：
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为：IC2?aIE2? 式中 a?IC/IE?1
I0——差分放大器的恒定电流；
aI01?eUid/UT （3-3-1） ] （3-3-2）
Ic1=aIE1=aIo/[1+e
(-Uid/UT)
UT——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。
如果Uid为三角波，设表达式为
?4Um?T??t???4??T?????4Um?t?3T????T4???Uid
T???0?t??2???T??t?T???2?
式中 Um——三角波的幅度； T——三角波的周期。
第四节 技术指标测试及实验数据整理
实物图：