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摘要：函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等电压波形的电压和仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题主要设计由集成运算放大器组成的方波-三角波函数发生器。
关键词：函数发生器；方波；三角波
一 函数信号发生器原理图设计
信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分为模拟及数字合成式。虽然数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比均优于模拟，其锁相环的设计输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器，因此，本文是通过模拟式函数信号发生器的结构，设计一个方波-三角波发生电路。
1.原理框图。
图1-1 函数信号发生器框图 图1-2 方波-三角波产生电路
2.方波-三角波电路总方案。
函数发生器产生波形使用器件可以是分立器件如低频信号函数发生器s101，也可采用集成电路如μA741。本课题中采用集成运放由比较器和积分器组成方波-三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，原理图如上1-2所示。若a点断开，运算放大器A1与R1、R2、R3及VD1、VD2组成电压比较器，如想加速比较强的翻转，可在R3下方并联一个加速电容，此级输出矩形波。R4、R5、A2及C组成积分器，此级输出三角波。
二 设计指标和设计要求
1.基本指标。
（1）能输出方波、三角波，用示波器观察时无明显失真。
（2）输出波形幅度方波Up-p≤20V，三角波Up-p=5V。
2.改进指标。
（1）使得输出频率在1～10kHz之间可调。
（2）输出波形幅度在5～10V之间可调。
（3）提高电路的带负载的能力。
三 电路设计
本课题是以μA741运算放大器为核心的电压比较器和积分器组成RC定时振荡器电路，从而获得所需要的方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波和三角波，故这两个单元电路可以同时安装。此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
1.方波发生电路的设计原理。
运算放大器的反相端接基准电压u_=0，同相端接输入电压uia，R1为平衡电阻。比较器输出的高电平等于﹢uz，当比较器的u+=u_=0时，比较器翻转，输出电压﹢uo1从高电平﹢uz跳到低电平‐uz，或从低电平‐uz跳到高电平﹢uz。电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生自激振荡。设uo1=+Vcc则：
2.方波——三角波转换电路的设计原理。
当a点断开时，运算放大器A2与R4、C及R5组成反相积分器，该反向积分器的输入信号为方波uo1，积分器的输出电压uo2为-
1R4C∫uo1dt。因此，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波。
图3-1 方波-三角波产生电路
当a点闭合时，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波的幅度Uo2m为Uo2m=R2R3Uz，三角波（或方波）的频率为
f=1T=R34R2R4C
。若要维持三角波的幅度不变，则R2，R3的比值应固定，调节R4或C的值可以改变三角波的频率。
若要调节幅度，则可在R3旁边串联一个可调电位器就可实现幅度的微调，但这样做会影响波形的频率。方波的输出幅度等于电源电压+Vcc，三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。
四 电路的参数选择及仿真
1.方波-三角波中的电容C选择。
实物连线中，电容C的取值非常重要，如此图C为10μF时理论上是可以出来波形的，但实际中观察不到，因为此时电路的频率很低，不容易在实际电路中实现。而将它换成0.1μF即可。
比较器A1与积分器A2的元件计算如下：
Uo2m=R2R3Uz，即Uo2mUz=R2R3=1/3。取R2=10kΩ，则R3=30kΩ。取平衡电阻R1= R2‖R3 =6.8 kΩ。f=R34R2R4C，当1Hz≤f≤10 Hz时，取c=10μF，
当10Hz≤f≤100 Hz时，取c=0.1μF。
2.电路仿真波形。
图4-1 方波-三角波产生电路仿真波形
五 结语
由于本电路结构简单，只要采用合格的元器件，焊装无误，便能获得方波和三角波輸出。在调试和检测中应重点注意用示波器观察本电路输出的方波和三角波有无明显失真，输出波形的幅度与频率是否满足设计要求。若在电路检测过程中不能达到以上设计要求，可以通过调节和检查R2、R3的比值来调整输出波形的幅值，通过调节和检查R4或C的值来调整输出波形的频率。
参考文献
[1] 徐丽萍 主编《电子综合电路设计与安装调试》中国劳动社会保障出版社.2003
[2] 胡宴如 主编《模拟电子技术》北京.高等教育出版社，2000
关键词：函数发生器；方波；三角波
一 函数信号发生器原理图设计
信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分为模拟及数字合成式。虽然数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比均优于模拟，其锁相环的设计输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器，因此，本文是通过模拟式函数信号发生器的结构，设计一个方波-三角波发生电路。
1.原理框图。
图1-1 函数信号发生器框图 图1-2 方波-三角波产生电路
2.方波-三角波电路总方案。
函数发生器产生波形使用器件可以是分立器件如低频信号函数发生器s101，也可采用集成电路如μA741。本课题中采用集成运放由比较器和积分器组成方波-三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，原理图如上1-2所示。若a点断开，运算放大器A1与R1、R2、R3及VD1、VD2组成电压比较器，如想加速比较强的翻转，可在R3下方并联一个加速电容，此级输出矩形波。R4、R5、A2及C组成积分器，此级输出三角波。
二 设计指标和设计要求
1.基本指标。
（1）能输出方波、三角波，用示波器观察时无明显失真。
（2）输出波形幅度方波Up-p≤20V，三角波Up-p=5V。
2.改进指标。
（1）使得输出频率在1～10kHz之间可调。
（2）输出波形幅度在5～10V之间可调。
（3）提高电路的带负载的能力。
三 电路设计
本课题是以μA741运算放大器为核心的电压比较器和积分器组成RC定时振荡器电路，从而获得所需要的方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波和三角波，故这两个单元电路可以同时安装。此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
1.方波发生电路的设计原理。
运算放大器的反相端接基准电压u_=0，同相端接输入电压uia，R1为平衡电阻。比较器输出的高电平等于﹢uz，当比较器的u+=u_=0时，比较器翻转，输出电压﹢uo1从高电平﹢uz跳到低电平‐uz，或从低电平‐uz跳到高电平﹢uz。电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生自激振荡。设uo1=+Vcc则：
2.方波——三角波转换电路的设计原理。
当a点断开时，运算放大器A2与R4、C及R5组成反相积分器，该反向积分器的输入信号为方波uo1，积分器的输出电压uo2为-
1R4C∫uo1dt。因此，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波。
图3-1 方波-三角波产生电路
当a点闭合时，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波的幅度Uo2m为Uo2m=R2R3Uz，三角波（或方波）的频率为
f=1T=R34R2R4C
。若要维持三角波的幅度不变，则R2，R3的比值应固定，调节R4或C的值可以改变三角波的频率。
若要调节幅度，则可在R3旁边串联一个可调电位器就可实现幅度的微调，但这样做会影响波形的频率。方波的输出幅度等于电源电压+Vcc，三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。
四 电路的参数选择及仿真
1.方波-三角波中的电容C选择。
实物连线中，电容C的取值非常重要，如此图C为10μF时理论上是可以出来波形的，但实际中观察不到，因为此时电路的频率很低，不容易在实际电路中实现。而将它换成0.1μF即可。
比较器A1与积分器A2的元件计算如下：
Uo2m=R2R3Uz，即Uo2mUz=R2R3=1/3。取R2=10kΩ，则R3=30kΩ。取平衡电阻R1= R2‖R3 =6.8 kΩ。f=R34R2R4C，当1Hz≤f≤10 Hz时，取c=10μF，
当10Hz≤f≤100 Hz时，取c=0.1μF。
2.电路仿真波形。
图4-1 方波-三角波产生电路仿真波形
五 结语
由于本电路结构简单，只要采用合格的元器件，焊装无误，便能获得方波和三角波輸出。在调试和检测中应重点注意用示波器观察本电路输出的方波和三角波有无明显失真，输出波形的幅度与频率是否满足设计要求。若在电路检测过程中不能达到以上设计要求，可以通过调节和检查R2、R3的比值来调整输出波形的幅值，通过调节和检查R4或C的值来调整输出波形的频率。
参考文献
[1] 徐丽萍 主编《电子综合电路设计与安装调试》中国劳动社会保障出版社.2003
[2] 胡宴如 主编《模拟电子技术》北京.高等教育出版社，2000