函數(shù)信號發(fā)生器實驗報告

1、電子電路模擬綜合實驗實驗報告2011年4月3日 函數(shù)信號發(fā)生器的設計與調測摘要使用運放組成的積分電路產(chǎn)生一定頻率和周期的三角波、方波（提高要求中通過改變積分電路兩段的積分常數(shù)從而產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時改變方波的占空比），將三角波信號接入下級差動放大電路（電流鏡提供工作電流），利用三極管線性區(qū)及飽和區(qū)的放大特性產(chǎn)生正弦波電壓并輸出。關鍵詞三角波-正弦波 運放積分電路 差動放大電路 鏡像電流源 實驗內容1、 基本要求：a) 設計制作一個可輸出正弦波、三角波和方波信號的函數(shù)信號發(fā)生器。1） 輸出頻率能在1-10KHz范圍內連續(xù)可調，無明顯失真；2） 方波輸出電壓Uopp=12V，上升、下降沿小于10u

2、s，占空比可調范圍30%-70%；3） 三角波Uopp=8V；4） 正弦波Uopp>1V。b) 設計該電路的電源電路（不要求實際搭建），用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）2、 提高要求：a) 三種輸出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V范圍內連續(xù)可調。b) 三種輸出波形的輸出阻抗小于100歐。c) 用PROTEL軟件繪制完整的印制電路板圖（PCB）。實驗原理1，方波三角波產(chǎn)生電路如圖所示為方波-三角波產(chǎn)生電路，由于采用了運放組成的積分電路，可得到比較理想的方波和三角波。該電路振蕩頻率和幅度便于調節(jié)，輸出方波幅度的大小由穩(wěn)壓管VDW1，VDW2的穩(wěn)壓值決定。改變R1和Rf的

3、比值可調節(jié)Uo2m的大小。電路與原件的確定：根據(jù)所需振蕩頻率的高低和對方波前后沿陡度的要求，選擇電壓轉換速率合適的運放。根據(jù)所需輸出方波幅度的要求，選擇穩(wěn)壓值合適的穩(wěn)壓管的型號和限流電阻Ro的大小。根據(jù)輸出三角波的幅度要求，確定R1與Rf的大小R1=Uo2m*Rf/（Uz+Ud）2，電流鏡偏震差動放大器的設計差動放大器具有很高的共模抑制比，被廣泛地應用于集成電路中，常作為輸入級或中間放大級。靜態(tài)時，差動放大器不加輸入信號，對于電流鏡Re3=Re4=ReIr=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4=Ic4+2Ic4/=Ic4=Ic3上式表明恒定電流Ic3主要有電源電壓和電阻R，Re4決定，與晶

4、體管的參數(shù)無關。差模特性差動放大器的輸入和輸出各有單端和雙端輸入兩種方式，因此，差動放大器的輸入輸出共有四種不同的連接方式。連接方式不同，電路的特性參數(shù)不同，各種情況下的差模特性也不同。3，三角波-正弦波產(chǎn)生電路三角波-正弦波變換電路的種類很多，有二極管橋式電路，二極管可變分壓器電路和差分放大電路等。利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，實現(xiàn)三角波-正弦波變換的過程如圖：可見：差分放大器傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好。三角波的幅度應正好使晶體管接近截止區(qū)。設計思路、總體結構框圖分段設計，首先產(chǎn)生方波-三角波，再與差動放大電路相連。正弦波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路分塊電路和總體電路的設

5、計（1）方波-三角波產(chǎn)生電路：首先，穩(wěn)壓管采用既定原件2DW232，保證了輸出方波電壓Uo1的峰峰值為12V，基本要求三角波輸出電壓峰峰值為8V，考慮到平衡電阻R3的取值問題，且要保證R1/Rf=2/3,計算決定令Rf=12K，R1=8K，R3=5K。又由方波的上升、下降沿要求，第一級運放采用轉換速度很快的LM318，Ro為輸出限流電阻，不宜太大，最后采用1K歐電阻。二級運放對轉換速度要求不是很高，故采用UA741?？紤]到電容C1不宜過小，不然誤差可能較大，故C1=0.1uF，最后根據(jù)公式，Rw抽頭位于中點時R2的值約為300歐，進而確定平衡電阻R4的阻值。考慮到電路的安全問題，在滑阻的接地端

6、串接了一個1K的電阻。（注：實際調測時因為滑阻轉動不太方便，所以通過不斷換滑阻的方式確定適當頻率要求下Rw的阻值，我的電路最后使用的是1K歐的滑阻）（2）正弦波產(chǎn)生電路：電容C2，C3，C4為隔直電容，根據(jù)電路實際情況，采用10uF的足夠了，調測效果也很好。C5為濾波電容，需要根據(jù)最后的正弦波波形選擇最合適的，我的電路最后采用的是10000pF。T1,T2,T3,T4采用8050NPN管。根據(jù)電路要求電流鏡電流為1mA，以保證T1,T2的集電極電流都是0.5mA，由于正負電壓的大小都是12V，Re3,Re4又不能太大（有負反饋），故最后令R=18K,Re3=Re4=Re5=5K（其中Re5為電

7、流鏡的負載，需要與之匹配）Rp2為調零電阻，100歐就可以。Rb1,Rb2為差放的基極電阻，對整個放大影響不大，都采用50歐以減小電路輸出阻抗。Rc1,Rc2為集電極負載，需要足夠大以保證正弦電壓的放大倍數(shù)，選擇18K歐的電阻。Rp1理論上是用于調節(jié)輸出正弦波電壓的幅值的，但是實際調測中，它的大小還會影響到前一級電路，在不斷調測中決定使用10K歐的滑阻。（3）提高之三角波幅度可調：一者可以在Uo2的輸出口接上一個分壓電路（使用滑阻），這樣只改變輸出三角波幅值，不會影響其他電路。二者可以利用三角波產(chǎn)生的原理，改變R1和Rf的比值?？紤]到后者實現(xiàn)的難度稍小，所以采用第二種方法，在Rf支路上串聯(lián)一個

8、10K歐的滑阻，最后可以實現(xiàn)賦值及頻率同時可調。（4）方波占空比可調：只需改變正負積分電路的積分常數(shù)即可，由此聯(lián)想到鋸齒波電壓的產(chǎn)生電路，將R2替換為兩條支路，用不同方向的二極管控制電路的通斷。最后成功輸出鋸齒波電壓和占空比可調的方波電壓。電路仿真的實現(xiàn)（Multisim）：電路圖：方波波形：三角波波形：正弦波波形：PCB布板圖：所實現(xiàn)功能說明接入工作電壓后可以產(chǎn)生頻率、幅度、占空比可調的方波、三角波、正弦波電壓波形。主要測試數(shù)據(jù)為 頻率F可調節(jié)的范圍，幅值最大是否符合要求，后級差動放大電路的直流工作點以及頻率變化時輸出正弦波電壓幅值的微小變化。測試方法：利用直流電壓元產(chǎn)生工作電壓，用示波器測

9、試輸出電壓波形、幅值、頻率等，用電壓表測量Re，Rc兩端電壓，并計算得到二者的工作電流。故障及問題分析1、 方波的峰峰值過低或者過大，穩(wěn)壓管沒有起到相應的作用。通過不斷改變Ro的值（由于Rw改變不方便，還調過它）最終得到滿足要求的波形。2、 三角波的上升沿比較粗，下降沿比較細。通過改變R2和C1的值不斷改變波形頻率，最后得到相對對稱的三角波上升下降沿。3、 后級在直流工作點正常的情況下，沒有正弦波的輸出波形。通過逐段測試發(fā)現(xiàn)在信號經(jīng)過Rp1后就已經(jīng)為零了，這個滑阻本應是調節(jié)正弦波的幅度的，但粗淺分析應該會影響到前級的積分電路，將之換上一個調節(jié)方便的10K歐電阻，調解過程中發(fā)現(xiàn)確實有所影響，在不

10、斷調節(jié)下得到了輸出的正弦波波形。4、 正弦波輸出端輸出的是三角波電壓或是類似于香蕉波的波形，解決方式是調整濾波電容的值，使之達到濾波的效果，最后輸出比較圓滑的正弦波。5、 在調節(jié)輸出電壓頻率的時候，最后的正弦波電壓輸出幅度會有較大的改變，這應是后級差放電路還不夠穩(wěn)定，幾個電容的值還不是很好導致的，因為當時已經(jīng)驗收了，后來也就沒有調測?？偨Y和結論通過這次實驗，在對上學期的模電課程有了更深的理解，把理論與實際相結合的基礎上，我學會了電路的具體搭建和故障初步排除。實踐過程中遇到了很多困難，不論是知識方面的還是搭建方面的。比如運放的易壞，讓實驗的調測過程都增加了不少難度。還有，在實驗過程中器材的不足以及未對面包板檢測，讓實驗一度陷入僵局，所幸最后都能得到了解決，這次實驗中還讓我們學會了PROTEL繪制電路，過程雖然艱辛，但還是覺得是有所收獲的。唯一覺得遺憾的是在答辯的時候準備不夠充分以及對于電路“出波形”比“具體數(shù)值符合要求”的心理，導致最后搭建的電路有失偏頗，答辯的時候不能對老師的提問做出很好的回答，是我的錯。我應該在事先調研得更清楚，明白，深刻領會