WS-DSG1型手持式函數(shù)發(fā)生器概述

： 本儀器是一種精密的手持測試儀器，具有連續(xù)正弦波信號、掃頻正弦波信號、方波信號輸出，是電子工程師、電子實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線、教學(xué)及科研，尤其是野外作業(yè)需配備的理想設(shè)備。

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： 采用大規(guī)模單片集成精密函數(shù)發(fā)生器電路，使得該機(jī)具有很高的可靠性及優(yōu)良性能/價(jià)格比。

采用了精密電流電源電路，使輸出信號在整個(gè)頻帶內(nèi)均具有高精度。機(jī)內(nèi)邏輯電路采用中規(guī)?？删幊痰募呻娐吩O(shè)計(jì)，優(yōu)選設(shè)計(jì)電路，SMT貼片工藝，元件降額使用，全功能輸出保護(hù)，以保證儀器高可靠性，平均無故障工作時(shí)間達(dá)上萬小時(shí)。

該機(jī)設(shè)計(jì)為手持儀器，鍵盤操作輕巧、舒適、方便，內(nèi)置充電電池，便于野外測試使用。

：技術(shù)參數(shù)及輸出信號波形

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：內(nèi) 容：技 術(shù) 參 數(shù)

主函數(shù)輸出頻率：0.1Hz～1MHz

輸出阻抗：函數(shù)輸出100Ω

輸出信號波形：正弦波、方波

輸出信號幅度：函數(shù)輸出（1MΩ），0.1Vpp～10Vpp連續(xù)可調(diào)

：方波輸出（負(fù)載電阻≥600Ω），"0"電平：0V，"1"電平：5V

輸出信號類型：單頻信號、掃頻信號

掃描方式：線性掃描（遞增或者遞減）

掃描時(shí)間：1s～999s

掃描寬度：用戶設(shè)定（頻率：0.1Hz～1MHz 幅值：0.1Vpp～10Vpp）

輸出信號特征：正弦波失真度<0.1%FS

：方波上（下）升沿時(shí)間≤25ns（輸出幅度的10%~90%）

輸出信號頻率穩(wěn)定度：±0.1%/min

頻率顯示：顯示位數(shù)：整數(shù)最高7位，小數(shù)顯示3位

：顯示范圍：0.1Hz～1000000Hz

：顯示單位：Hz

幅度顯示：顯示位數(shù)：4位

：顯示范圍：0～9999mV

：分 辨 率：0.01Vpp

電源：鋰電池DC4.2V/3600mAH，10小時(shí)以上

外形尺寸：205×106×88mm

重量：~420g

設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器使得能夠產(chǎn)生方波、三角波、正弦波。

頻率范圍 10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz

頻率控制方式 通過改變RC時(shí)間常數(shù)手控信號頻率

通過改變控制電壓Uc實(shí)現(xiàn)壓控頻率VCF

輸出電壓 正弦波Upp≈3 V 幅度連續(xù)可調(diào);

三角波Upp≈5 V 幅度連續(xù)可調(diào);

方波Upp≈14 V 幅度連續(xù)可調(diào).

波形特性 方波上升時(shí)間小于2s;

三角波非線性失真小于1%;

正弦波諧波失真小于3%。

(1) 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實(shí)驗(yàn)室條件自選方案設(shè)計(jì)出原理電路圖，分析工作原理，計(jì)算元件參數(shù)。

(2) 列出所有元、器件清單報(bào)實(shí)驗(yàn)室備件。

(3) 安裝調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路，使之達(dá)到設(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產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成;也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。

(一)方案一:三角波變換成正弦波

由運(yùn)算放大器單路及分立元件構(gòu)成，方波--三角波--正弦波函數(shù)發(fā)生器電路組成如圖1所示，由于技術(shù)難點(diǎn)在三角波到正弦波的變換，故以下將詳細(xì)介紹三角波到正弦波的變換。

1。利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波--正弦波的變換

波形變換的原理是利用差分放大器的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖2所示。由圖可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。方案一:用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器

2。 用二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波--正弦波的變換

二極管折線近似電路 圖3

根據(jù)二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波--正弦波的變換的原理圖，可得其輸入、輸出特性曲線如入3所示。

頻率調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)時(shí)，可先按三個(gè)頻率段給定三個(gè)電容值:1000pF、0.01Μf、0.1μF然后再計(jì)算R的大小。手控與壓控部分線路要求更換方便。為滿足對方波前后沿時(shí)間的要求，以及正弦波最高工作頻率(10kHz)的要求，在積分器、比較器、正弦波轉(zhuǎn)換器和輸出級中應(yīng)選用Sr值較大的運(yùn)放(如LF353)。為保證正弦波有較小的失真度，應(yīng)正確計(jì)算二極管網(wǎng)絡(luò)的電阻參數(shù)，并注意調(diào)節(jié)輸出三角波的幅度和對稱度。輸入波形中不能含有直流成分。

(二)方案二:用二極管折線近似電路以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器

圖是由μA741和5G8038組成的精密壓控震蕩器，當(dāng)8腳與一連續(xù)可調(diào)的直流電壓相連時(shí)，輸出頻率亦連續(xù)可調(diào)。當(dāng)此電壓為最小值(近似為0)時(shí)。輸出頻率最低，當(dāng)電壓為最大值時(shí)，輸出頻率最高;5G8038控制電壓有效作用范圍是0-3V。由于5G8038本身的線性度僅在掃描頻率范圍10:1時(shí)為0.2%，更大范圍(如1000:1)時(shí)線性度隨之變壞，所以控制電壓經(jīng)μA741后再送入5G8038的8腳，這樣會有效地改善壓控線性度(優(yōu)于1%)。若4、5腳的外接電阻相等且為R，此時(shí)輸出頻率可由下式?jīng)Q定:

f=0.3/RC4

設(shè)函數(shù)發(fā)生器最高工作頻率為2kHz，定時(shí)電容C4可由上式求得。

電路中RP3是用來調(diào)整高頻端波形的對稱性，而RP2是用來調(diào)整低頻端波形的對稱性，調(diào)整RP3和RP2可以改善正弦波的失真。穩(wěn)壓管VDz是為了避免8腳上的負(fù)壓過大而使5G8038工作失常設(shè)置的。

(三)方案三:用單片集成函數(shù)發(fā)生器5G8038

可行性分析:

上面三種方案中，方案一與方案二中三角波--正弦波部分原理雖然不一樣，但是他們有共通的地方就是都要人為地搭建波形變換的電路圖。而方案三采用集成芯片使得電路大大簡化，但是由于實(shí)驗(yàn)室條件和成本的限制，我們首先拋棄的是第三種方案，因?yàn)樗菭奚顺杀緛頁Q取的方便。其次是對方案一與方案二的比較，方案一中用的是電容和電阻運(yùn)放和三極管等電器原件，方案二是用的二極管、電阻、三極管、運(yùn)放等電器原件，所以從簡單而且便于購買的前提出發(fā)我們選擇方案一為我們最終的設(shè)計(jì)方案。

函數(shù)發(fā)生器有很寬的頻率范圍，使用范圍很廣，它是一種不可缺少的通用信號源?？梢杂糜谏a(chǎn)測試、儀器維修和實(shí)驗(yàn)室，還廣泛使用在其它科技領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、教育、化學(xué)、通訊、地球物理學(xué)、工業(yè)控制、軍事和宇航等。