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波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现在各种电子实验设计应用中必不可少的仪器设备之一，函数信号发生器可以用分立元件组成，通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不以调试。也可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300KHZ，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。还可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。可以达到更高的技术指标。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。在电子工程、通信工程、自动化控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构造成各种各样信号波形发生器。用集成电路实现的波形发生器与其他信号波形发生器比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。
2.2方案论证方案一：由555多谐振荡器、积分电路、低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波波形发生器的设计方法，电路框图如图2.2.1。首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波。 
图2.2.1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图 方案二：由RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波波形发生器的设计方法，电路框图如图2.2。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。 
图2.2.2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图 方案三：由比较器、积分器、差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波波形发生器的设计方法，电路框图如图2.2.2。首先由比较器输出的方波经由积分器后输出三角波；三角波经由差分放大器变换正弦波输出。 
图2.2.3 方波、正弦波、三角波信号发生器的原理框图 2.3.1分析与比较：方案一：电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，但输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。 方案二：电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数不变，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。三角波的缺陷，难处理，且波形质量不理想。 方案三：差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等有点。尤其作为直流放大器时，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。 综上所述，选择方案三。 2.3.2设计要求根据课题要求，设计制作一个可以发射三角波，正弦波，矩阵方波的波形信号发射器。波形信号发射器可实现三种波形的发射，转换，具体要求如下： (1)信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形； (2)输出波形频率在0.2Hz～20kHz范围内连续可调； (3)正弦波幅度为+2V和-2V。 (4)方波幅值为2V。 (5)三角波峰-峰值为2V，占空比可调。 (6)输出信号波形无明显失。 2.3.3系统组成由比较器输出的方波经由积分器后输出三角波；三角波经由差分放大器变换正弦波输出。波形发生器设计系统的原理框图如图2.3.2： 
图2.3.3 波形发生器设计系统原理框图 2.3.4电路总体设计方案本系统是经过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。 波形发生器系统原理图如图2.3.4所示： 
图2.3.4波形发生器系统完整电路图 2.4系统电路仿真与安装2.4.1电路仿真2.4.2方波-三角波电路仿真在电容 处介入一个一刀掷选择开关，可分别选择接入10uF、1uF、0.1uF的电容，以实现将信号频率分为3档： ； ； 。例如，选择档，将示波器的A、B通道分别与电路中的测试端口 与 链接，启动仿真开关，即可得到如图5.1所示的输出波形。 在进行单元电路设计、分析时已知，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，调整电位器 可实输出方波-三角波幅度的微调，但会影响方波-三角波的频率；调整电位器 可实现输出方波-三角波频率的微调，但不会影响输出和波形的幅度；若要在较宽的频率范围内调整输出方波-三角波的频率，则可调整接入电容的大小。 在量程选择开关（大小）不变的情况下，分别将 、从50%调整为80%，可得到不同周期（频率）和幅度的方波-三角波波形 
改变选择开关K，接入不同的电容量值，以调整频率的测量量程。如要使数据更准确可调整电位器、的量值。图2.4.2方波-三角波电路输出波形 2.4.3三角波-正弦波电路仿真测试三角波-正弦波电路时应注意按以下步骤进行。 (1)断开 ，经 由信号源输入50mV/100Hz的三角波（差模信号）。调节与 ，是传输曲线对称。逐渐怎打差模输入电压，直至传输特性曲线形状如图5.2所示，记下此事后对应的差模电压值，即为最大值。移去信号源，将左端接地，测量差分放大器的静态工作点 ， 、 、 、 。 (2)将与链接，调节使三角波的输出幅度为最大值，这时 的传输波形应接近正弦波。调节 大小可改善输出波形。若 的波形出现失真，则应调节和改善参数，产生失真的原因及可采取的措施有： ①若出现钟形失真，可能是传输和特性曲线的线性区太宽所致，应减小 ； ②若出现圆顶或平顶失真，可能是传输特性曲线的对称性较差、工作点Q偏上或偏下所致，应调整电阻。 启动仿真开关，即可得到如图5.3所示的三角波-正弦波输出波形。 图2.4.3三角波-正弦波变换的传输特性曲线 图2.4.3三角波-正弦波电路输出波形 仿真是对电路可行性的理论分析，是检验电路正确性的辅助手段。设计时按照理论计算选取的电路参数，带入进行仿真后，基本得到设计的参数要求，即方波幅值为±2v，三角波峰－峰值为2v，正弦波幅值为±2v。 2.5系统电路的安装与调试
2.5.1系统电路的安装1.将LM324装上电路板，设计并排版，使各元件易于焊接且美观； 2.分别把各电阻及电容放入适当位置，尤其注意电位器和稳压管的接法，由于本电路用到了三个LM324，所以应明确各管脚的接线位置，并将电阻电容等焊在易于连线的位置，避免短路、少焊、虚焊等问题，也使电路易于检查； 3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。 2.5.2系统电路的调试 将LM324的4脚和11脚分别接正负电压，接上示波器观察波形。首先分别调试各电路，在调试方波发生电路时，发现虽然有波形产生，但幅值偏小，达不到要求，多次检查后发现，LM324所接的是 5V电压，当调整至 15V电压后，幅值增大，基本达到设计要求。之后调试三角波发生电路，发现也是幅值达不到要求，并且波形部分失真，又进行了仿真，并在电路板上插线连接模拟了真实电路，改变了电路参数，之后达到了设计要求。最后调试正弦波发生电路，起初没有波形产生，后将万用表打至蜂鸣档检查电路各连接点是否短路和电路焊接是否正确，找到了问题，发现有一处出现了少焊，重新焊接后，有波形产生，但发生了严重失真，于是又进行仿真，再次用电路板插线连接模拟真是电路，改变电路参数，使波形达到设计要求，但是频率范围比较窄，改变了图中某些元件的参数（变换了电容）后，重新调试，基本达到了设计要求。 各波幅值达到设计要求后，又对参数进行了调整，使其频率在0.02Hz～20KHz且连续可调。 | 
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