電壓范圍: 9 -12v直流輸入；波形:方波、正弦和三角形；阻抗: 600歐姆+ 10 %；頻率: 1hz - 1 MHz
正弦波--幅度: 0 -3v，在9v的直流輸入；失真:不到1 % ；平整度: + 0.05db±1hz - 100 khz
方波--振幅: 8v(空載)，在9v直流輸入；上升時(shí)間:小于50ns ( 1千1千)；下降時(shí)間:小于30ns ( 1千1千)；對(duì)稱性:不到5 % 。三角波--幅度: 0 -3v，在9v的直流輸入；線性度:小于1 % (高達(dá)100 khz ) 10ma
（1）查閱文獻(xiàn)資料，對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理進(jìn)行分析，計(jì)算各功能模塊電路的指標(biāo)和參數(shù)，通過(guò)分析比較確定函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的仿真方案；
（2）掌握各仿真元器件和虛擬儀器的用法，對(duì)各功能模塊電路進(jìn)行深入的仿真和分析；
（3）對(duì)電路進(jìn)行焊接和測(cè)量，與仿真測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析；
（4）對(duì)整機(jī)仿真電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)仿真和調(diào)試分析；（5）對(duì)整體硬件電路進(jìn)行安裝調(diào)試并測(cè)試效果。
函數(shù)發(fā)生器是一種多波形的信號(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。本設(shè)計(jì)利用XR2206芯片作為核心器件，在老師的幫助下，經(jīng)過(guò)軟件和硬件測(cè)試，實(shí)現(xiàn)三種波形的轉(zhuǎn)換，進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)，并且可以將失真控制再1%以內(nèi)。
1 設(shè)計(jì)要求
所有波形電壓范圍: 9 -12v直流輸入；波形:方波、正弦和三角形；阻抗: 600歐姆+ 10 %；頻率: 1hz - 1 MHz。
正弦波
幅度: 在9v的直流輸入時(shí)在0 -3v之間可調(diào)節(jié)；失真:不到1 % ；平整度: + 0.05db±1hz - 100 khz。
方波
振幅: 在9v直流輸入時(shí)達(dá)到8v(空載)；上升時(shí)間:小于50ns ( 1千1千)；下降時(shí)間:小于30ns ( 1千1千)；對(duì)稱性:不到5 % 。
三角波
幅度: 在9v的直流輸入時(shí)在0 -3v之間可調(diào)節(jié)；線性度:小于1 % (高達(dá)100 khz ) 10mA。
系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1 函數(shù)發(fā)生器的組成框圖 2.1.1 硬件測(cè)試框圖 
圖2.1.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器硬件測(cè)試組成框圖 2.1.2 軟件測(cè)試框圖 
圖2.1.2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器軟件測(cè)試組成框圖 函數(shù)發(fā)生器的實(shí)物組成框圖如圖2.1.1所示，包括直流電源輸入端、調(diào)節(jié)電路、XR2206電路、波形輸出端四個(gè)模塊組成。而由于XR2206芯片在Multisim軟件中很難設(shè)計(jì)，從而設(shè)計(jì)了另一種方案在Multisim軟件上進(jìn)行函數(shù)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)，其框圖如圖2.1.2可見(jiàn)。 2.2 框圖分析 實(shí)物框圖的核心主要是由XR2206芯片為核心構(gòu)成，而軟件框圖需要比較器，積分器，差分放大器構(gòu)成，需要更多的元件。它們之間主要的的區(qū)別在于XR2206芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成，可以大大減少電路的復(fù)雜程度。
三 系統(tǒng)原理電路設(shè)計(jì) 3.1 硬件電路原理電路 3.1.1 硬件電路圖 整體電路如圖3.1.1所示。 
圖3.1.1 硬件電路圖
3.1.2 電路組成器件 電路元件表如表3.1.1所示 表3.1.1 電路元件表 3.1.2 XR2206引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 XR2206引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.1.2所示。 
圖3.1.2 XR2206引腳圖
XR2206內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.1.3所示。 
圖3.1.3 XR2206內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 XR2206的引腳說(shuō)明如表3.1.2所示。 表3.1.2 XR2206引腳說(shuō)明表
3.1.3 電路設(shè)計(jì)原理 XR2206是一種能夠產(chǎn)生高質(zhì)量正弦信號(hào)的單片功能發(fā)生器集成電路，還可以產(chǎn)生具有高穩(wěn)定性和高精度的方形、三角形、斜坡和脈沖波形。能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的，準(zhǔn)確的正弦,方形、三角形、斜坡和脈沖波形。輸出波形的幅度和頻率是可以是由外部電壓調(diào)制的。操作頻率可在0.01Hz至1MHz的范圍內(nèi)進(jìn)行外部選擇。它具有一個(gè)典型的漂移規(guī)格。振蕩器的頻率可以通過(guò)外部控制電壓線性掃過(guò)2000：1的頻率范圍，同時(shí)保持低失真。 XR2206由四個(gè)功能塊組成：壓控振蕩器(VC0)，模擬乘法器和正弦波發(fā)生器，unity增益緩沖放大器，電流開(kāi)關(guān)。 壓控振蕩器(VC0)產(chǎn)生一個(gè)與輸入電流成比例的輸出頻率，其中輸入電流通過(guò)定時(shí)端與接地端之間的電阻設(shè)定。在FSK發(fā)生器應(yīng)用中，通過(guò)設(shè)置FSK輸入控制引腳，兩個(gè)定時(shí)引腳可以產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的輸出頻率。FSK輸入控制引腳通過(guò)控制電流開(kāi)關(guān)來(lái)選擇一個(gè)定時(shí)電阻電流，并把這個(gè)電流灌人到壓控振蕩器VCO。XR2206可以通過(guò)連接在定時(shí)引腳7，8上的兩個(gè)獨(dú)立的定時(shí)電阻來(lái)單獨(dú)控制。引腳9上的上邏輯信號(hào)的極性決定了哪一個(gè)定時(shí)電阻被激活。如果引腳9開(kāi)路或者接到≥2V的偏壓上，則只有引腳7上的定時(shí)電阻R1被激活。如果引腳9的電平≤lV，則只有引腳8上的定時(shí)電阻R2被激活。因此，輸出頻率可以被編程在兩個(gè)頻率f1=l／R1C和f2=l／R2C之間。輸出引腳2上的直流電平近似地與引腳3上的直流偏壓相同。引腳3被偏置在V和地之間的中間位置，輸出一個(gè)約V／2的直流電平。 3.1.4 電路計(jì)算 通過(guò)對(duì)引腳7電位計(jì)的調(diào)整可以得到期望的頻率，最大輸出振幅V+／2，典型波形失真<2.5％。通過(guò)外部調(diào)整電路，可以實(shí)現(xiàn)更小的波形失真，正弦波輸出的諧波含量可以降低至-0.5％。 (1)頻率設(shè)定 振蕩器的頻率f。由跨接在引腳5，6之間的外部定時(shí)電容C和接在引腳7或引腳8上的定時(shí)電阻R共同決定，頻率計(jì)算公式如下：  (3.2.1) 故頻率可以通過(guò)改變R或者C來(lái)改變。為了達(dá)到最佳的溫度穩(wěn)定性，電阻R應(yīng)該設(shè)置在4kΩ<R<200kΩ。推薦電容值為lO00pF到l00 F。 (2)頻率調(diào)節(jié) 振蕩器的頻率與流入引腳7或引腳8的總的定時(shí)電流It成比例：  （3.2.2） 定時(shí)引腳7或引腳8是低阻抗點(diǎn)，它們?cè)趦?nèi)部被偏置在+3V。頻率隨It線性變化，電流值It范圍很寬，可以從l μA到3mA。(注意：為了電路的安全運(yùn)行，It應(yīng)該限制在≤3mA)振蕩器的頻率可以通過(guò)一個(gè)外接在被激活的定時(shí)引腳上的控制電壓VC0n來(lái)控制，振蕩器的頻率與Vcon關(guān)系如下：  （3.2.3） 這里Vcon的單位是伏特(V)。故電壓一頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)K為： 
(3)輸出幅值調(diào)節(jié) 最大輸出幅值與連接到引腳3上的外部電阻R2成反比。對(duì)于正弦波輸出，R2增加1kΩ，輸出幅值約增加60mV。輸出幅值可以通過(guò)調(diào)節(jié)引腳1上的一個(gè)直流偏置信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。引腳1的內(nèi)部阻抗約為100kΩ。輸出幅值隨引腳1的偏置電壓線性變化。 3.1.5 PCB電路板 上述電路的PCB板電路圖如圖3.1.4所示 
圖3.1.4 PCB電路圖
3.2 軟件電路原理電路 3.2.1 軟件電路圖 整體電路如圖3.2.1所示。 
圖3.2.1 軟件仿真整體電路圖 3.2.2設(shè)計(jì)原理 由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。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。 1） 方波發(fā)生電路的工作原理工作電路如圖3.2.2所示，此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓  則同相輸入端電位  。  通過(guò)  對(duì)電容C正向充電，如圖中實(shí)線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，  趨于  ；但是，一旦  再稍增大，  從  躍變?yōu)?img id="aimg_X4YUb" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="35" height="23" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.025.jpg" border="0" alt="" />,與此同時(shí)  從  躍變?yōu)?img id="aimg_DaNSc" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="31" height="24" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.028.jpg" border="0" alt="" />。隨后，  又通過(guò)  對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。 隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)， 趨于  ；但是，一旦 = ,再減小， 就從 躍變?yōu)?img id="aimg_y6i54" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="33" height="23" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.024.jpg" border="0" alt="" />， 從  躍變?yōu)?img id="aimg_lB0J1" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="32" height="24" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.033.jpg" border="0" alt="" />，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。
圖3.2.2 方波發(fā)生電路
圖3.2.3 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路  
 
圖3.2.4 比較器
工作原理如下： 如圖2.2.3所示，若a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)算發(fā)大器 與 、 及 、 組成電壓比較器， 為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即 =0，同相輸入端接輸入電壓 ，稱為平衡電阻。比較器的輸出 的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,當(dāng)比較器的 時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則 
將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位-為 
若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 
比較器的門限寬度 由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，a點(diǎn)斷開(kāi)后，運(yùn)放 與 、 、 及 組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波 ，則積分器的輸出 為 
 時(shí)， 
 時(shí)，
可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，a點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。 三角波的幅度為 方波-三角波的頻率f為 由以上兩式可以得到以下結(jié)論： 電位器 在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用 改變頻率的范圍， 實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓+Vcc。 電位器 可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。 3. 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理
圖4 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路 如圖4所示，三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來(lái)完成。 差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。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。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：  式中  ——差分放大器的恒定電流；
 ——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)， ≈26mV。
如果 為三角波，設(shè)表達(dá)式為   式中 ——三角波的幅度； T——三角波的周期。 為使輸出波形更接近正弦波，由圖6可見(jiàn)： 傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好； 三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。 圖5為實(shí)現(xiàn)三角波——正弦波變換的電路。其中 調(diào)節(jié)三角波的幅度， 調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻 用來(lái)減小差分放大器的線性區(qū)。電容 ， ， 為隔直電容， 為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。 
圖5 三角波-正弦波變換電路的仿真圖 
圖6 三角波-正弦波變換 4. 電路的參數(shù)選擇及計(jì)算
（1）方波-三角波中電容變化（關(guān)鍵性變化之一） 實(shí)物連線中，我們一開(kāi)始很長(zhǎng)時(shí)間出不來(lái)波形，后來(lái)將從10uf（理論時(shí)可出來(lái)波形）換成0.1uf時(shí)，順利得出波形。實(shí)際上，分析一下便知當(dāng)=10uf時(shí)，頻率很低，不容易在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)。 （2）三角波-正弦波部分 比較器 和積分器 的元件計(jì)算如下。 由式（3-61）得 即 取 ，則 ，取 ， 為47KΩ的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻 由式 
可知當(dāng) 時(shí)，取 =10uF，則 ，取 ，為100KΩ電位器。當(dāng) 時(shí)，取C1=1uF以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻R17為10千歐。 三角波—正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容 、 、 要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取 ，濾波電容 視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。 =100歐與 =100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點(diǎn)可通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整及電阻R*確定。 我們通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐操作，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握了有關(guān)高頻原理的有關(guān)知識(shí)，特別是動(dòng)手操作方面，加深了對(duì)函數(shù)發(fā)生器的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固了對(duì)高頻知識(shí)的理解，也對(duì)XR2206的基本工作原理和調(diào)試儀器有了一定的了解。在設(shè)計(jì)時(shí)我們根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)了相關(guān)的知識(shí)，還查閱了相當(dāng)多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識(shí)。這次的高頻設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通過(guò)實(shí)踐操作和理論相結(jié)合，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，提高科學(xué)的思維能力。在接觸設(shè)計(jì)之前，因?yàn)檫@門的難度很深度，我對(duì)高頻是敬而遠(yuǎn)之的心態(tài)，所以基礎(chǔ)知識(shí)以及邏輯推理思維方面都是相當(dāng)欠缺。在對(duì)高頻的實(shí)驗(yàn)?zāi)K操作方法所知甚少和對(duì)調(diào)試知識(shí)幾乎一無(wú)所知的程度
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