函數(shù)發(fā)生器是一個(gè)多波形信號(hào)源。 它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波甚至任意波形。 有些函數(shù)發(fā)生器還具有調(diào)制功能，可以進(jìn)行幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、脈寬調(diào)制和VCO控制。

  該函數(shù)發(fā)生器頻率范圍廣應(yīng)用范圍廣。 它是不可或缺的通用信號(hào)源。 可用于生產(chǎn)檢測(cè)、儀器維護(hù)和實(shí)驗(yàn)室，也廣泛應(yīng)用于其他科技領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、教育、化學(xué)、通信、地球物理、工業(yè)控制、軍事和航空航天等。

  在電能市場(chǎng)，很多應(yīng)用都需要用到波形發(fā)生器，因?yàn)樗c市場(chǎng)認(rèn)可度較高的電力測(cè)量?jī)x和波形測(cè)量?jī)x配套使用。 任意波形函數(shù)發(fā)生器是一款集源與測(cè)量于一體的高精度儀器，可為您提供全方位的解決方案。

  設(shè)計(jì)要求

  (1)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求和實(shí)驗(yàn)室條件可選方案設(shè)計(jì)原理電路圖，分析工作原理計(jì)算元件參數(shù)。

  (2) 列出所有元器件，并向?qū)嶒?yàn)室提交備件清單。

  (3) 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行安裝調(diào)試使其符合設(shè)計(jì)要求。

  (4)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

  1.函數(shù)發(fā)生器的組成

  函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦、方波、三角波電壓波形的電路或儀器。 電路形式可由運(yùn)算放大器和分立元件組成； 它也可以是單片集成函數(shù)發(fā)生器。 根據(jù)不同的用途有產(chǎn)生三個(gè)或更多波形的函數(shù)發(fā)生器。 本專題介紹方波、三角波和正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。

  方案選擇

  (1) 方案一：將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波

  它由單通道運(yùn)算放大器和分立元件、方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路組成。 由于技術(shù)難點(diǎn)在于三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換，下面將詳細(xì)介紹三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換。

  1、利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波-正弦波變換

  波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，進(jìn)行波形變換過(guò)程。 可以看出傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)域越窄越好； 三角波的幅值 Uim 剛好使晶體接近飽和區(qū)或截止區(qū)。 方案一：用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波轉(zhuǎn)正弦波，用集成運(yùn)算放大器組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器

  2、利用二極管折線逼近電路實(shí)現(xiàn)三角波-正弦波變換

  二極管斷線近似電路

  根據(jù)二極管折線近似電路將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理圖，可以得到輸入輸出特性曲線。

  焊接調(diào)試

  (1) 按照方案1的電路圖焊接電路板。

  (2)調(diào)試前，將電路板接±12伏，地線接電源處的公共地線。

  頻率范圍

  為方便測(cè)量，將電路板上的方波信號(hào)接到示波器上，閉合開(kāi)關(guān)C1=10μF，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)C2=1uF，然后調(diào)整RP2，在此測(cè)量方波信號(hào)的頻率范圍 時(shí)間;

  打開(kāi)C1的開(kāi)關(guān)，閉合C2的開(kāi)關(guān)，同樣調(diào)整RP2，記錄方波信號(hào)的頻率范圍。

  通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)頻率范圍整體向下移動(dòng)可能有兩個(gè)原因。 一是反饋通道磨損，使電阻值達(dá)不到計(jì)算值。 二是三角波運(yùn)放的反向端電阻也有同樣的問(wèn)題。

  輸出電壓

  ①方波：

  將電路板上方的波形信號(hào)接到示波器上，調(diào)節(jié)RP1測(cè)出方波峰峰值Vpp=14V。 可以看出，得到的值與性能指標(biāo)是一致的。

  ②三角波：

  去除方波信號(hào)，接入三角波信號(hào)，調(diào)整RP1測(cè)得三角波峰峰值Upp=5V也能滿足題目要求。

  ③ 正弦波：

  將正弦波信號(hào)連接到示波器，調(diào)節(jié)RP3和RP4，測(cè)量正弦波峰峰值，Upp=2.8V。 基本可以滿足課題的要求。

  3、波形特性測(cè)量：

  ①方波上升時(shí)間：

  將電路板上的方波信號(hào)連接到示波器上，調(diào)節(jié)示波器上的周期調(diào)節(jié)旋鈕，直到可以清楚地觀察到方波信號(hào)上升沿處的跳變。 實(shí)測(cè)方波上升時(shí)間為：tr=6.4μs

  分析：上升時(shí)間不符合要求，這可以通過(guò)改變運(yùn)放類型來(lái)解決。 通過(guò)改變運(yùn)算放大器的速度來(lái)改變它的上升時(shí)間。

  ① 三角波非線性畸變：

  去除方波信號(hào)，將電路板上的三角波信號(hào)連接到示波器的通道1。 此時(shí)測(cè)得的三角波信號(hào)參數(shù)如下：

  頻率：f=98.42Hz

  峰峰值：Upp=5V

  此時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)上函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的三角波作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入示波器的2通道，調(diào)整其頻率和峰峰值，使其與示波器的參數(shù)一致。 待測(cè)三角波信號(hào)（f=98.42Hz，Upp=5V）。

  在示波器上的雙軌跡模式下對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)通道的三角波完全重疊，說(shuō)明沒(méi)有非線性失真。

  ② 正弦波嚴(yán)重失真：

  分析：因?yàn)檎{(diào)節(jié)平衡的滑動(dòng)變阻器的一個(gè)引腳壞了，我自己拿了一根線連接，導(dǎo)致電路不兼容，導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)偏離原來(lái)的位置導(dǎo)致了這個(gè)結(jié)果。