解释了10个有用的函数发生器电路

在这篇文章中，我们将学习如何构建10个简单而有用的函数产生电路使用IC 4049, IC 8038, IC 741, IC 7400，晶体管，UJTs等产生准确的方波，三角波，和正弦波通过简单的开关操作。

1)使用IC 4049

只使用一个低成本CMOS集成电路4049通过几个单独的模块，很容易创建一个强大的函数生成器，它将提供音频频谱周围和之外的三种波形。

本文的目的是创建一个基本的、经济有效的、开源的频率发生器，它易于为所有爱好者和实验室专业人员构建和使用。

这个目标无疑已经实现了，因为电路提供了各种正弦、正方形和三角形波形，频率范围从大约12 Hz到70 KHz，只使用了一个CMOS十六进制逆变IC和一些独立的元件。

毫无疑问，该体系结构可能无法提供更先进电路的效率，特别是在增加频率时的波形一致性方面，但它仍然是一种非常方便的音频分析工具。

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框图

电路运行基础从上面显示的框图。函数发生器的主要部分是一个三角形/方波发生器，它由积分器和施密特触发器组成。

一旦施密特触发器的输出高，从施密特输出反馈到积分器输入的电压允许积分器的输出在超过施密特触发器的低输出电平之前倾斜为负。

在这个阶段，施密特触发器的输出是缓慢的，所以反馈到积分器输入端的小电压允许它在施密特触发器的上触发器电平达到之前向上倾斜。

施密特触发器的输出再次变高，积分器输出再次为负，以此类推。

积分器输出的正扫频和负扫频表示一个三角形波形，其振幅由施密特触发器的迟滞(即高触发器和低触发器之间的差值)计算。

施密特触发器的产生，自然是由交替的高输出和低输出状态组成的方波。

三角形输出通过缓冲放大器提供给二极管整形器，缓冲放大器将三角形的高电平和低电平四舍五入，以产生近似的正弦波信号。

然后，3个波形中的每一个都可以由3路选择器开关S2选择并提供给输出缓冲放大器。

电路的工作原理

CMOS函数发生器的完整电路图如上图所示。积分器完全使用CMOS反相器Nl构建，而施密特机构包含2个正反馈反相器。是N2和N3。

下图显示了用于上述原理图的IC 4049的引脚细节

电路是这样工作的;考虑到此时P2刮水器处于最低位置，N3输出较高，此时的电流相当于:

Ub-U1/P1+R1

通过R1和p1，其中Ub表示电源电压，Ut表示N1阈值电压。

因为这个电流无法进入逆变器的高阻抗输入，它开始向C1/C2移动，这取决于开关S1在线路中切换哪个电容。

因此，C1上的电压降线性降低，使得N1的输出电压在接近施密特触发器的较低阈值电压之前线性升高，就像施密特触发器的输出变低一样。

现在电流等价于-Ut/P1+R1流经R1和P1。

该电流始终流经C1，因此N1的输出电压呈指数增长，直到施密特触发器的最大极限电压达到，施密特触发器的输出上升，整个循环重新开始。

为了保持三角波对称性（即波形的正向和负向部分的斜率完全相同），电容器的负载和放电电流必须相同，这意味着Uj，-Ui应与Ut相同。

然而，遗憾的是，Ut由CMOS逆变器参数决定，通常是55% !当电压为6v时，源电压Ub = Ut约为2.7 V，当电压为3.3 V时，源电压Ut约为3.3 V。

P2克服了这一挑战，它需要修改对称性。目前，考虑泰国的R是与积极的供应线（位置A）有关。

无论P2的设置如何，施密特触发器的高输出电压始终保持11。

然而，当N3输出低时，R4和P2建立一个电位分压器，这样，根据P2的雨刷配置，0 V到3 V之间的电压可以返回到P1。

这确保了电压不再是-Ut，而是Up2-Ut。如果P2滑块电压在0.6 V左右，那么Up2-Ut应该在-2.7 V左右，因此充放电电流是相同的。

显然，由于Ut值存在偏差，需要进行P2调整以匹配特定的函数生成器。

在Ut小于输入电压50%的情况下，将R4顶部连接至接地（位置B）可能是合适的。

可以找到两个频率标度，使用S1分配；12 Hz-1 kHz和1 kHz至约70 kHz。

颗粒频率控制由P1提供，P1改变C1或C2的充电和放电电流，从而改变积分器上升和下降的频率。

N3的方波输出通过波形选择器开关S2发送到缓冲放大器，S2由一对像线性放大器一样偏置的逆变器组成（并联连接以提高其输出电流效率）。

三角波输出通过缓冲放大器N4提供，从那里通过选择开关到缓冲放大器输出。

此外，N4的三角形输出被添加到正弦整形器中，包括R9, R11, C3, Dl和D2。

D1和D2将小电流拉至+/-0.5伏左右，但其不同的电阻降到该电压以上，并对数限制三角形脉冲的高电平和低电平，以产生与正弦波等效的电流。

正弦输出通过C5和R10传输到输出放大器。

P4改变了N4的增益，从而改变了提供给正弦整形器的三角形脉冲的振幅，改变了窦透明度。

太低的信号电平，和三角形的振幅将低于阈值电压的二极管，它将继续没有变化，和太高的信号电平，高和低将被强烈的剪切，从而提供不形成良好的正弦波。

选择输出缓冲放大器输入电阻器时，所有三种波形的标称峰值至最小输出电压约为1.2 V。输出电平可通过P3改变。

设置程序

调整方法只是改变三角形的对称性和正弦波的纯度。

此外，三角形对称性通过检查方波输入进行了理想优化，因为如果方波占空比为50%（1-1标记空间），则会产生对称三角形。

为此，您必须调整预设P2。

当P2雨刮器向下移动到N3输出端时，对称性增加，但无法实现正确的对称性时，R4的上部必须在备用位置接合。

正弦波的纯度通过调整P4来改变，直到波形“看起来很完美”，或者只有在有失真仪检查的情况下，通过改变最小失真来改变。

由于电源电压影响不同波形的输出电压，因此影响正弦的纯度，电路必须由健壮的6v电源供电。

当电池用作电源电池时，决不能强迫它们向下运行太多。

用作线性电路的CMOS集成电路比通常的开关模式漏出更高的电流，因此电源电压不能超过6v，否则集成电路会由于严重的散热而发热。

另一种构建函数发生器电路的好方法是通过IC 8038，如下所述

2） 基于8038芯片的函数发生器电路

IC 8038是一款精密波形发生器IC，专门设计用于通过集成最少的电子元件和操作来产生正弦、方形和三角形输出波形。

它的工作频率范围可以通过从0.001Hz到300kHz的8个频率步骤确定，通过适当选择所附的R-C元件。

振荡频率在很宽的范围内，无论温度或电源电压波动如何，都是非常稳定的。

此外，IC 8038函数发生器提供了高达1MHz的工作频率范围。所有三个基本波形输出，正弦波，三角波和方波可以同时通过电路的单个输出端口访问。

8038的频率范围可以通过外部电压馈送来改变，尽管响应可能不是很线性。该函数发生器还提供了可调的三角形对称性和可调的正弦波失真度。

3)使用ic741的函数发生器

与典型的正弦波信号发生器相比，这种基于IC 741的函数发生器电路提供了更高的测试通用性，同时提供1 kHz的方波和三角波，并且成本低，构造非常简单。看起来，方波的输出约为3V ptp，正弦波的输出约为2V r.m.s。如果您想对正在测试的电路更温和一些，可以很快安装一个开关衰减器。

如何装配

按照组件布局图所示，开始将零件填充到PCB上，并确保正确插入齐纳、电解和IC的极性。

如何设置

要设置简单的函数发生器电路，只需微调RV1，直到正弦波形略低于限幅电平。这将通过振荡器为您提供最有效的正弦波。正方形和三角形不需要任何特定的调整或设置。

它是如何工作的

1. 在这个IC 741函数产生电路中，IC1被配置成一个维恩桥振荡器的形式，工作在1khz频率。
2. 振幅控制由二极管D1和D2供电。该IC的输出通过输出插座或平方电路驱动。
3. 它通过C4连接到SW1a，是施密特触发器(Q1 -Q2)。zener ZD1的工作原理就像一个“无癔病”触发器。
4. IC2, C5和R10积分器从输入方波产生三角波。

4） 简单UJT函数发生器

的单结振荡器如下所示，是最简单的锯齿发生器之一。这两个输出，即，一个锯齿波形和一个触发脉冲序列。波从大约2V(谷的点，Vv)逐渐上升到最大峰(Vp)。峰值点取决于电源Vs和隔离BJT比值，其范围可能在0.56到0.75之间，0.6是一个普通值。一个振荡的周期大致为:

t = - RC x 1n[(1 - η) / (1 - Vv/Vs)]

其中“1n”表示自然对数用法。考虑标准值，Vs=6，Vv=2，和η= 0.6，则上式简化为:

t=RC x 1n（0.6）

由于电容充电是增量的，锯齿的增长斜率不是线性的。对于许多音频应用程序来说，这几乎无关紧要。图(b)展示了通过恒流电路的充电电容。这使得斜率竖直向上。

电容器的充电率现在是恒定的，独立于Vs，尽管Vs仍然影响峰值点。由于电流依赖于晶体管增益，因此没有简单的频率测量公式。该电路设计用于低频工作，并实现为斜坡发生器。

5)使用LF353运放

使用两个运算放大器构成精确的方波和三角波发生器电路。LF353套件包括两个最适合此应用的JFET运算放大器。

输出信号频率由公式计算f=1/RC. 电路显示出极宽的工作范围，几乎没有任何失真。

R可以是330欧姆到4.7 M之间的任意值;C可以是220pF到2uF之间的任意值。

就像上面的概念一样，在下一步中使用两个运算放大器正弦波和余弦波函数发生器电路。

它们产生频率几乎相同的正弦波信号，但相位相差90°，因此第二个运放的输出被称为余弦波。

频率受可接受的R和C值的收集的影响。R在220k到10m范围内;C在39pF和22nF之间。R, C和/或之间的连接有点复杂，因为它必须反映其他电阻和电容的值。

使用R = 220k和C = 18nF作为提供250Hz频率的初始点。齐纳二极管可以是3.9V或4.7V的低功率输出二极管。

6） 使用TTL集成电路的函数发生器

几扇门7400四路双输入与非门构成此TTL信号发生器电路的实际振荡器电路。晶体和一个可调电容器的工作原理类似于横跨栅极U1-a的输入和栅极U1-b的输出的反馈系统。门U1-c的功能类似于振荡器级和输出级U1-d之间的缓冲器。

开关S1的作用类似于手动可切换的门控制装置，用于在引脚11上切换U1-d的方波输出。如图所示，S1打开时，方波在输出端产生，一旦关闭，Equale波形关闭。

开关可以用逻辑门代替，以数字方式控制输出。在C1和XTAL1的连接点处产生了几乎理想的6至8伏峰间正弦波。

该接头上的阻抗非常高，无法提供直接输出信号。晶体管Q1设置为发射极跟随器放大器，向正弦波信号提供高输入阻抗，向外部负载提供低输出阻抗。

该电路将曲柄几乎所有类型的晶体，并将运行的晶体频率低于1 MHz以上10 MHz。

如何设置

设置这个简单的TTL函数发生器电路可以通过以下几点快速启动。

如果你手边有一个示波器，将它连接到引脚11上的U1-d的方波输出，并将C1放置在提供最有效输出波形的范围的中心。

接下来，观察正弦波输出并调整C2以得到最优的波形。返回C1控制旋钮，并对其进行微调，直到在示波器屏幕上实现最健康的正弦波输出。

零件清单

电阻
（所有电阻器均为-瓦，5%单位。）
RI，R2=560欧姆
R3 = 100 k
R4 k = 1

半导体
U1=IC 7400
Q1=2N3904 NPN硅晶体管

电容器
C1，C2=50 pF，微调电容器
C3, C4 = 0.1 uF，陶瓷盘电容器

杂项
S1 = SPST拨动开关
XTAL1 =任意晶体(见正文)

7） 晶体控制最佳正弦波形电路

下面的波形发生器，是一个双晶体管晶体振荡器电路，性能优良，成本低廉，不需要线圈或扼流圈。价格主要取决于所使用的晶体，因为其他元素的总成本肯定不会只有几美元。晶体管Q1和几个相邻部分构成振荡器电路。

晶体的地面路径是由C6, R7和C4指示的。在C6和R7结，这是一个相当小的阻抗位置，射频应用到发射器-跟随器放大器Q2。

C6/R7结处的波形实际上是一个近乎完美的正弦波。根据晶体的Q系数和电容C1和C2值，Q2发射极处的输出振幅范围为2-6伏左右的峰-峰。

C1和C2的值决定了电路的频率范围。对于1 MHz以下的晶体频率，C1和C2应该是2700 pF(。0027 p F)。对于1 MHz和5 MHz之间的频率，这些可以是680-pF电容器;5兆赫和20兆赫。你可以使用200pf电容。

您可以尝试测试这些电容器的值，以获得最精细的正弦波输出。此外，电容器C6的调整可对两个输出电平和波形的整体形状产生影响。

零件清单

电阻
（所有电阻器均为-瓦，5%单位。）
R1-R5-1k
R6-27k
R7-270欧姆
r8 - 100 k
电容器
C1、C2见正文
C3, c5 - 0.1 - p。F,陶瓷盘
C6-10 pF至100 pF，微调器
半导体
Q1、Q2-2N3904
XTAL1-See文本

锯齿波发生器电路

在锯齿波发生器电路中，Q1、D1-D3、R1、R2和R7部件被配置成一个简单的恒流发生器电路，对电容C1进行恒流充电。这个恒定的充电电流在C1上产生线性增加的电压。

晶体管Q2和Q3像达林顿对一样装配，将电压通过C1推送到输出端，而不会产生负载或失真效应。

一旦C1周围的电压增加到电源电压的70%左右，栅极U1-a激活，触发U1-b输出变高，并短时间接通Q4；当电容器C1放电时，它继续接通。

这将完成一个周期并启动下一个周期。电路的输出频率由R7控制，它提供大约30赫兹的低端频率和大约3.3 kHz的高端频率。

频率范围可以通过降低C1的值来提高，通过增加C1的值来降低。保持Q4的峰值放电电流处于受控状态。C1不应大于0.27 uF。

零件清单

8） 使用一对IC 4011的函数发生器电路

这个电路的基础实际上是一个维恩桥振荡器，它提供一个正弦波输出。方波和三角波随后被提取出来。

维恩桥振荡器采用CMOS NAND门N1到N4，而振幅稳定由晶体管T1和二极管D1和D2提供。

为了使畸变最低，这些二极管可能必须由两个二极管组成。频率调节电位器P1也必须是高质量的立体声电位器，内阻轨道配对到5%的内公差。

预设的R3提供了最小失真的调整设施，如果D1、D2和P1采用匹配的部件，整体谐波失真可以低于0.5%。

维恩桥振荡器的输出作用于N5的输入端，N5的输入端被偏置到其线性区域，作为一个放大器。与非门N5和N6集体增强和剪辑振荡器输出，以产生一个正方形波形。

波形的占空比相对地受到N5和N6的阈值电位的影响，但是它接近50%。

栅极N6输出被提供到使用与非门N7和N8构建的积分器中，该积分器与方波协调，以提供三角形波形。

三角形波形的振幅当然取决于频率，并且由于积分器不是很精确，因此线性度还与频率有关。

考虑到函数发生器通常与毫伏表或示波器一起使用，且输出易于检查，因此，实际上振幅变化非常小。

9） 使用LM3900 Norton运算放大器的信号发生器电路

一个非常方便的功能生成器，将减少硬件和价格也可以构造一个单一的诺顿四倍放大器IC LM3900。

如果将电阻器R1和电容器C1从该电路中移除，则产生的设置将是诺顿放大器方波发生器的常见设置，此时正时电流进入电容器C2。在方波发生器中加入积分电容C1，可在输出端产生实际精确的正弦波。

电阻器R1有助于补充电路的时间常数，使您能够调整输出正弦波以获得最低失真。相同的电路使您能够将正弦波输出输入到标准连接中，用于设计有两个诺顿放大器的方波/三角波发生器。

如图所示，三角输出的工作原理类似于正弦整形放大器的输入。

对于本文提供的零件值，电路的运行频率约为700赫兹。电阻器R1可用于调整最低正弦波失真，电阻器R2可用于调整方波和三角波的对称性。

诺顿四组包中的第4个放大器可以作为所有3个输出波形的输出缓冲器连接起来。

10） 使用IC566的函数发生器

IC 566非常适合在其内部电路的帮助下构建测试生成器电压控制的振荡器(VOC)。电路设计提供单独的输出，提供三角波和方波以及一组正和负的尖峰输出。方波振幅为5 V pk，其余波形为1.5 V pk。频率取决于连接到IC引脚7的电容值。

建议使用钽电容器代替电解液。该IC 566函数发生器的输出用于处理高阻抗负载。晶体管缓冲级是补充低输入阻抗设备所必需的。

Spot正弦波函数发生器

下图说明了一种使用IC 7556作为积分器的电路。

当积分器从定时器输入方波时，它将其转换为三角波。当三角波信号被应用到另一个积分器中时，它被转换成正弦波。对于一个非常基本的电路，这种方法可以用来创建一个设定频率的非常干净的正弦波。在本版本中，所有三种基本波形（正方形、三角形和正弦波）都是以几乎相同的峰间电压振幅生成的。正弦波的振幅为3伏，峰值间为9伏电源，几乎与1伏RMS相当，这是音频测试的一个有用量。

该spot正弦波发生器的目标是使所有三个输出具有大约相同的输出电压，以便可以快速测试其他电路对各种波形的响应。当峰间电压为电源的三分之一时，三角波定义起始值。

虽然通过两个电阻器R4和R5将方波衰减到接近所需的值，但方波最初具有电源电压值，因为它随轨道的变化而变化。如果不需要，可以拆下这两个电阻器。第二个积分器lC2b的输入连接到三角波。

由于输入偏置电压和电流等，除非使用某种形式的直流反馈，否则积分器的输出可能最终会尽可能多地向其中一个电源轨道漂移。因此，lC2b通过C4和大反馈电阻R8交流电耦合到输入信号，保持正确的直流输出电平。这两个元件的电平足以防止在操作频率下的信号失真。R7和C5的设置调整输出振幅到所需的水平，大约三分之一的供应峰对峰。频率是确定的。由公式:

f=1/1.333 x R6 x C5

这种方法产生相当好的正弦波，唯一的缺点是频率不能轻易改变。第二积分器输入频率的任何变化都需要改变RT和C5的值，以保持正确的正弦波输出振幅，目前没有快速实现这一点的方法。