整体电路

二、设计内容及要求

设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：

1、输出信号的频率范围为100--1000Hz，步进为100Hz。（60分） 2、要求输出信号无明显失真，特别是正弦波信号。（30分） 范围满足设计要求得满分，否则酌情扣分。 输出信号无明显失真可满分，有明显失真酌情扣分。 发挥部分（附加１０分）：

进一步扩大输出信号范围和减小步进频率。

三、比较和选定设计的系统方案，画出系统框图

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。本课题采用先产生正弦波—方波波，再将方波变换成三角波的电路设计方法， 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：

正弦波 矩形波 三角波

RC桥式正弦波振荡电路 矩形波产生电路 三角波产生电路

四、单元电路的设计、参数的计算和器件的选择

（1） 正弦波产生电路

V1D11R31.8kΩ2XSC1GTABCD12 V 61BH62D2U11BH62573715R41kΩLM741H2C1V212 V R230kΩ3410nF0R130kΩC210nF

正弦波的产生采用了RC桥式振荡电路 (a).RC串并联网络的频率特性

RC串并联电路如图（a）所示，在信号频率很低时，可等效成图（b）电路。在低频等效电路中，Z1=-jXc1，Z2=R2。低频时，由于Xc1>>R2，所以在信号频率很高时，其等效电路如图6.4（c）所示。在高频等效电路中，Z1=R1，Z2=-jXc2。高频时，由于R1>>Xc2，所以

桥式振荡电路分析

(b). RC

RC桥式振荡电路如下所示。根据自激振荡的条件，φ=φa+Φf=2πn，其中RC串并联网络作为反馈电路，当f=fo时，φf=0°，所以放大器的相移应为φa=0°，即可用一个同相输入的运算放大器组成。又因为当f=fo时，F=1/3，所以放大电路的放大倍数A≥3。起振时A>3，起振后若只依靠晶体管的非线性来稳幅，波形顶部容易失真。为了改善输出波形，通常引入负反馈电路。其振荡频率由RC串并联网络决定，fo=1/(2πRC)。图（b）为RC桥式振荡电

路的桥式画法。RC串并联网络及负反馈电路中的Rf、R′1正好构成电桥四臂。

(c).参数的计算：根据fo=1/(2πRC)，fo=100~1000Hz,C=10Nf,R=1/2πC fo 经计算，f=100Hz,R=15.9 kΩ f=600Hz,R=2.65kΩ

f=200Hz,R=7.95kΩ f=700Hz,R=2.27kΩ f=300Hz,R=5.3kΩ f=800Hz,R=1.98kΩ f=400Hz,R=3.975kΩ f=500Hz,R=3.18kΩ (d).器件的选择：运放采用的是LM741

（2） 矩形波产生电路

f=900Hz,R=1.77kΩ f=1000Hz,R=1.59kΩ

V1XFG112 V 1R1TL082CD5R3100Ω2XSC1GTABCD10kΩ83U1A1306R21kΩ8D11N4732A4D21N4732A042V212 V 0

电路原理为电压滞回比较，如图

电路有两个阀值电压，输人电压U1，从小变大过程中使输出电压UO产生跃变的阀值电压UTI，不等于uI从大变小过程中使输出电压UO产生跃变的阀值电压UT2电路具有滞回特性。它与单限比较器的相同之处在于：单输人

电压向单一方向变化时，输出电压只跃变一次。

滞回比较器及其电压传输特性

从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO＝±UZ。集成运放反相输人端电位UP＝UI同相输入端电位

令UN=UP求出的uI就是阀值电压，因此得出

输出电压在输人电压u等于阀值电压时的变化：假设uI<-UT，那么Un一定小于Up，因而UO＝+UZ，所以uP=+UYO。只有当输人电压uI增大到+UT，再增大一个无穷小量时，输出电压UO才会从+UT跃变为-UT。同理，假设UI>+UT，那么UN一定大于uP，因而UO＝-UZ，所以uP＝-UT。只有当输人电压UI减小到-UT，再减小一个无穷小量时，输出电压UO才会从-UT跃变为+UT。可见，UO从+UT跃变为-UT和从-UT跃变为+UT的阀值电压是不同的，电压传输特性如图。

从电压传输特性上可以看出，当-UT＜uI＜+UT时，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果uI是从小于-UT，的值逐渐增大到-UT实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输人电压足够大时，输出电压UO才为±UZ。UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中，随着uI的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。滞回比较器中引人了正反馈，加快了UO的转换速度。例如，当UO＝+UZ、uP=+UT时，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，

即会产生如下的正反馈过程：UO的下降导致uP下降，而UP的下降又使得UO进一步下降，反馈的结果使UO迅速变为－UT，从而获得较为理想的电压传输特性。 器件选择：该单元电路的运放选取TL082CP

（3）三角波产生电路

R3V1XFG112 V R22400kΩC14XSC1Ext Trig+_A+_+B_100nFU1R13630kΩ31kΩ715R110kΩLM741HV212 V 器件选择：运放采用LM741H

五、画出完整的电路图（见附页），并说明电路工作的原理 六、组装调试的内容：

七．总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进的意见和展望。 八．列出系统需要的元器件

集成运放LM741H 2个 TL082CD 1个 二极管 2个 5.1v 稳压二极管 2个 电阻100Ω 1个 电位器0~5kΩ 1个 电阻1kΩ 3个 电阻1.8kΩ 1个 电阻10kΩ 2个 电阻20kΩ 2个 电阻400kΩ 2个 电容100nf 3个 电阻15.9 kΩ 2个 电阻 2.65kΩ 2个 电阻 7.95kΩ 2个 电阻 2.27kΩ 2个

电阻 5.3kΩ 2个 电阻 1.98kΩ 2个 电阻3.975kΩ 2个 电阻 1.77kΩ 2个 电阻3.18kΩ 2个 电阻1.59kΩ

九．列出参考文献

1．阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006 2.华成英 童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社

十．收获体会

2个