函數(shù)信號發(fā)生器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、北京郵電大學(xué)電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)題目：函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)院 系：電子工程學(xué)院班 級：2014211212姓 名：李瑞平學(xué) 號：2014211104班內(nèi)序號：07一、 課題名稱：函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)二、 摘要： 采用運(yùn)算放大器組成的積分電路產(chǎn)生比較理想的方波-三角波，根據(jù)所需振蕩頻率和對方波前后沿陡度、方波和三角波幅度的要求，選擇運(yùn)放、穩(wěn)壓管、限流電阻和電容。三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性實(shí)現(xiàn)，選取合適的滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)三角波的幅度和電路的對稱性，同時(shí)利用隔直電容、濾波電容來改善輸出正弦波的波形。 關(guān)鍵詞：方波 三角波 正弦波 頻率可調(diào) 幅度三、設(shè)計(jì)

2、任務(wù)要求：1 基本要求：設(shè)計(jì)制作一個(gè)方波-三角波-正弦波信號發(fā)生器，供電電源為12V。1）輸出頻率能在1KHZ10KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)； 2）方波輸出電壓Vopp=12V(誤差20%)，上升、下降沿小于10s； 3）三角波輸出信號電壓Vopp=8V(誤差20%)； 4）正弦波信號輸出電壓Vopp1V，無明顯失真。 2 提高要求：1）三種波形輸出峰峰值Vopp均在110V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；2）將輸出方波改為占空比可調(diào)的矩形波，占空比可調(diào)范圍30%70%四、設(shè)計(jì)思路1. 結(jié)構(gòu)框圖 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)方波、三角波和正弦波的輸出，其可采用電路圖有多種。此次實(shí)驗(yàn)采用遲滯比較器生成方波，RC積分器生成三

3、角波，差分放大器生成正弦波。除保證良好波形輸出外，還須實(shí)現(xiàn)頻率、幅度、占空比的調(diào)節(jié)，即須在基本電路基礎(chǔ)上進(jìn)行改良。 由比較器與積分器組成的方波三角波發(fā)生器，比較器輸出的方波信號經(jīng)積分器生成三角波，再經(jīng)由差分放大器生成正弦波信號。其中方波三角波生成電路為基本電路，添加電位器調(diào)節(jié)使其頻率幅度改變；正弦波生成電路采用差分放大器，第一個(gè)電路是由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路。單限比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波；第二個(gè)電路是由差分放大器組成的三角波正弦波變換電路?？紤]到差分放大器的工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等特點(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

4、角波變換成正弦波，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。傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。2 系統(tǒng)的組成框圖電源電路方波-三角波發(fā)生電路正弦波發(fā)生電路方波輸出三角波輸出正弦波輸出五、分塊電路與總體電路的設(shè)計(jì)1方波三角波產(chǎn)生電路1）設(shè)計(jì)過程： 根據(jù)所需振蕩頻率的高低和前后沿陡度的要求，選擇合適的運(yùn)算放大器。方波要求上升、下降沿小于10us，峰峰值為12V。LM741轉(zhuǎn)換速率為0.7V/us，上升下降沿為17us，大于要求值。而LM318轉(zhuǎn)換速率為70V/us，上升下降沿為0.17us，滿足要求。故產(chǎn)生方波的比較器用LM318，

5、產(chǎn)生三角波的反相發(fā)生器用LM741。根據(jù)輸出方波幅度要求，選擇合適的穩(wěn)壓管D1、D2和限流電阻R4的大小。輸出方波幅度要求為12V，所以選用穩(wěn)壓值為6V的穩(wěn)壓管。R4作用為限流，選擇阻值2k。根據(jù)輸出三角波的幅度要求，確定R2與R3的大小。方波經(jīng)積分得到三角波，幅度為，要求中三角波峰峰值為8V，所以R2和R3的比值為2：3，故選取R2為20k，R3為30k，平衡電阻，使生成的三角波峰峰值為18V（以確保后級正弦波輸出Vopp最大值能達(dá)到10V）。實(shí)際輸出的三角波幅值通過電位器即可實(shí)現(xiàn)0V18V連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)整到適當(dāng)阻值即可實(shí)現(xiàn)輸出的Vopp=8V。根據(jù)所要求的振蕩頻率確定R7和的大小。方波和三角

6、波的振蕩頻率相同，為，此處選擇C1為150pF，R7為4.7k。R8為平衡電阻，應(yīng)與R7一致故為4.7k。2）其原理如下圖： 3） 仿真結(jié)果：2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路1）設(shè)計(jì)過程：根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)確定鏡像電流源參數(shù)。靜態(tài)工作點(diǎn)：Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2IbIc4=Ic3,Ic4=Ic3=(Ucc+Uee-Ube)/( R17+ R16)我們?nèi)?R17=1K，R16 =1K。兩管輸入對稱，故R15 =R16 =1K。確定隔直電容和濾波電容參數(shù)值。電容 C3、C4為隔直電容，為達(dá)到良好的隔直流、通交流的目的，其容值應(yīng)該取的相對較大，實(shí)驗(yàn)中取值33uF。C5為濾波電容，濾除諧波分量，改善

7、正弦波形，取值10nF。根據(jù)輸出正弦波的幅度要求，確定差分放大器的參數(shù)。 R23調(diào)節(jié)三角波的幅度，可調(diào)范圍應(yīng)該比較大，故取R23=100k。R10與R18為平衡電阻，取值為R10= R18=1k。差分放大器傳輸特性曲線特性越對稱，線性區(qū)越窄越好；三角波的幅度應(yīng)正好使晶體管接近截止區(qū)R14用來調(diào)整電路的對稱性，不能取太大，選取總阻值為100的電位器。并聯(lián)電阻R13用來減小差分放大器傳輸特性曲線的線性區(qū)，取10。為滿足其正弦波的幅度大于1V（拓展要求達(dá)到10V），取R12= R11=1k，使得電流流經(jīng)它們的電壓降不至于很大。2）三角波-正弦波變換原理：3）仿真結(jié)果：3. 總體電路六、所實(shí)現(xiàn)的功能說

8、明1、已實(shí)現(xiàn)功能基本功能：1）輸出頻率能在1KHZ10KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)； 2）方波輸出電壓Vopp=12V(誤差20%)，上升、下降沿小于10s； 3）三角波輸出信號電壓Vopp=8V(誤差20%)； 4）正弦波信號輸出電壓Vopp1V，無明顯失真。 提高要求：5）三種波形輸出峰峰值Vopp均在110V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；6）將輸出方波改為占空比可調(diào)的矩形波，占空比可調(diào)范圍30%70% * 在頻率為10KHZ時(shí)輸出正弦波峰峰值最大約9.6V2、 主要測試數(shù)據(jù)1) .方波和三角波峰峰值 （見下頁）Vopp方波=12.04V（上升下降沿小于10s） Vopp三角波=7.96V 2) .正弦波峰峰值

9、Vopp正弦波=10.4V（1KHZ附近）3) .頻率范圍頻率范圍約800HZ12KHZ4) .占空比范圍占空比范圍約20%80%5) .Vopp范圍方波：0V12V 三角波：0V18V 正弦波：0V10.4V 3、必要測試方法1).逐級搭建與調(diào)試 每一級搭建完成后，先進(jìn)行調(diào)試確定性能無誤后再開始搭建下一級，并重復(fù)此過程。2) .靜態(tài)工作測量和調(diào)整對于差動(dòng)放大器，該電路需進(jìn)行靜態(tài)調(diào)整。第一：通過調(diào)節(jié)R14調(diào)節(jié)電路的對稱性。理想的差動(dòng)放大器靜態(tài)時(shí)應(yīng)是輸入為零時(shí)輸出也為零，即當(dāng)Q1與Q2的兩個(gè)基極電位差為零時(shí)，Q1與Q2的兩個(gè)集電極的電位差也應(yīng)為零。但是由于電路的參數(shù)不可能完全對稱，因此會出現(xiàn)兩個(gè)

10、基極電位差為零時(shí)兩個(gè)集電極的電位差不為零的情況，所以需通過條令電位器R14進(jìn)行靜態(tài)調(diào)零，使電路輸入為零時(shí)輸出也為零。具體調(diào)節(jié)方法可采取用萬用表或示波器進(jìn)行調(diào)零監(jiān)測。第二：通過調(diào)節(jié)恒流源改變電路的靜態(tài)工作電流。差動(dòng)電路中Q1與Q2的靜態(tài)工作電流由恒流源偏置電路決定，可以改變恒流源偏置電路中的電阻來改變各個(gè)晶體管的靜態(tài)工作電流。此些完成后便需對電路中各個(gè)晶體管進(jìn)行調(diào)試，測得各個(gè)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。七、故障及問題分析1. 在方波三角波產(chǎn)生電路調(diào)試中，示波器顯示的波形失真且出現(xiàn)直流偏置，經(jīng)過多次排查嘗試，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管2DW232管腳接錯(cuò)，更正后波形方波和三角波波形輸出正常。2.在方波三角波產(chǎn)生電路調(diào)試中

11、，頻率最大值總是達(dá)不到10KHZ（8KHZ左右），根據(jù)，將C1電容由原設(shè)計(jì)中的330pF減小到150pF，頻率調(diào)整范圍達(dá)到要求。3. 在正弦波產(chǎn)生電路調(diào)試中，差分放大器線性區(qū)短則正弦幅度不夠大，線性區(qū)長則輸出波形趨于三角波，綜合考慮兩者，將原設(shè)計(jì)中反饋電阻R13由原設(shè)計(jì)的100更改為10，使得輸出波形更趨于正弦波。4. 最后將濾波電容更改為10nF，使得輸出的正弦波波形更佳。八、總結(jié)及結(jié)論 通過本次實(shí)驗(yàn)，我對于模電中的很多知識點(diǎn)，尤其是運(yùn)算放大電路和差分放大電路有了更好的掌握，學(xué)習(xí)了如何設(shè)計(jì)電路，如何搭建電路，并且進(jìn)一步熟悉了面包板以及示波器等實(shí)驗(yàn)器材的使用?？偟膩碚f，充分理解實(shí)驗(yàn)原理是做好一

12、個(gè)實(shí)驗(yàn)的最重要的一環(huán)，如果不理解電路的原理，就不知道如何去更改參數(shù)，去調(diào)試電路板，除了原理，還要了解各個(gè)器件的特性和用法，比如電源線和地線的連線的方式。另外，這次實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了我們動(dòng)手能力。在搭建電路板的時(shí)候，需要細(xì)心耐心，布局以及連線都很有講究，不僅要求電路的通暢，還要注意電路板上各個(gè)元器件的布局，還有所使用的導(dǎo)線的顏色以及長度，通過這次實(shí)驗(yàn)鍛煉我們的電路版的搭建能力。同時(shí)，本次實(shí)驗(yàn)考驗(yàn)著我們的耐心和細(xì)心程度，在出不了波形的時(shí)候，要戒驕戒躁，耐心細(xì)心的去尋找，去排查，去測試。經(jīng)過幾周的努力拼搏，自己的實(shí)操技能有了很大的提高，對于之后完成更加復(fù)雜的項(xiàng)目增強(qiáng)了信心。最后，感謝廖老師對實(shí)驗(yàn)的悉心講解和指導(dǎo)。9、 Multisim仿真原理圖、波形圖1、仿真原理圖2、 主要輸出波形圖3.其他參數(shù)測試1).上升下降沿（小于10秒）2).頻率可調(diào)范圍（1kHz10kHz）仿真可得頻率可調(diào)范圍為（0.15kHz10kHz）3).占空比調(diào)整范圍（30%70%）仿真可得占空比可調(diào)范圍為（20%80%）4).峰峰