函数信号发生器
【摘要】函数发生器是一种多波形的信号源，它可以产生正弦波、三角波、方波，甚至任意波形。它具有很宽的频域范围，适用范围也很广，是一种不可缺少的通用信号源。
本设计为有集成运放构成的函数波形发生电路。通过对电路的分析，以及参数的确定，选择出一种适合于本课题的方案。本设计以741集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。此电路图由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到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。适合学生学习电子技术测量使用。
【关键字】函数发生器、741集成块
一、函数发生器的原理框图
二、总电路图
三角波-方波-正弦波函数发生器产生电路如下；
VCC12V
C1R5R6C53U1R13C2U22Rp2R4C442C3 50%41R10R12R215R7R17 50%R14R3Rp15
50%R13 50%R8
R9R11
VCC1
-12V
先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。其中，输出波形为正弦波、方波、三角波~频率范围在10：10000Hz范围内可调 ~输出电压分别为方波U?24V，三角波U?8V，正弦波U?：??：??：>1V。波形特性；方波Tr < 100us~三角波非线性失真系数r < 26;正弦波非线?
性失真系数r~ < 5%。
三、各组成部分的工作原理
1. 方波发生电路的基本工作原理
此电路由反向输入的滞回比较器和RC电路组成。RC电路既作为延迟电路，又作为延迟反馈网络，通过RC冲、放电路实现输出状态的自动转换。Uo通过R3对电容C正向充电，随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，这个过程的反复工作使电路产生了自激振荡。
2. 方波-三角波转换电路的工作原理
总电路的左半边为方波-三角波产生的电路。
其工作原理如下，若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组
成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。
R2则，比较器的门限宽度 ？；？2UUUI;；HCCiaia;RRP31
a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号
；1为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为 UUdt？OO21，RRPC;()422
；;；()VVCCCC 时， UV？;Utt？？OCC12O()()RRPCRRPC;;422422
V；；()VCCEE 时， UV？；Utt？？OEE12O()()RRPCRRPC;;422422
可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波。
a点闭合，既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。
R2三角波的幅度为: UV？OmCC2RRP;31
方波-三角波的频率f为:
RRP;31 f？4()RRRPC;2422
由以上两式可以得到以下结论；
(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。若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。 (2；方波的输出幅度应等于电源电压 Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压 Vcc。
电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。
3. 三角波-正弦波产生电路的工作原理
三角波—正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。如总电路图的后半部分电路。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。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。
其中，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。
aI0传输特性曲线的表达式为； IaI？？CEUU22/idT1;e
aI0 ？？IaICE；UU11/idT1;e
式中 aII？？/1CE
——差分放大器的恒定电流~ I0
——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT?26mV。 UT
其传输特性曲线越对称，线性区越窄，则越好，能更好地输出正弦波。
四、电路仿真
1.方波---三角波发生电路的仿真
图1
图2
图3 2.三角波---正弦波转换电路的仿真
图1
图2
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