设计示例一：
函数信号发生器的设计
函数信号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压或仪器。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（如视频信号函数发生器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5G8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题要求设计由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波-三角波-正弦波函数发生器。
一、设计任务书 1．设计课题
函数信号发生器设计。 2.主要技术指标
1）输出波形：正弦波、方波、三角波等 2）频率范围：1～１０Hz，１０～１００Ｈz
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3) 输出电压：方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U>1V；
4) 波形特征：方波tr<10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%。
二、设计过程举例 1.课题分析
根据任务，函数信号发生器一般基本组成框图如图4.2.15所示。读者可参阅有关参考资料。
图4.2.15 函数信号发生器框图
2．方案论证
（1）确立电路形式及元器件型号 1）方波-三角波电路
图4.2.16所示为产生方波-三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较
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器的翻转。
图4.2.16 方波-三角波产生电路
由图4.2.16分析可知比较器有两个门限电压
Uth1??R2R3?RP1VCC
Uth2?R2R3?RP1VCC
运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为
Uo2??1(R4?RP1)C2?Uo1dt
当Uo1=+VCC时
Uo2??VCC(R4?RP1)C2t
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当Uo1=-VEE时
Uo2?VEE(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4.2.17所示。
图4.2.17 方波-三角波波形
A点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为
Uo2m?R2R3?RP1VCC
方波-三角波的频率为
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f?R3?RP14R2(R4?RP1)C2
由上分析可知：
①电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。
②方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。 2）三角波→正弦波的变换
三角波→正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，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的非线性。其非线性及变换原理如图4.2.18所示。
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