《函数信号发生器》word版.doc

实训题目：函数信号发生器 1.整机设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务：设计由集成运算放大器于晶体管放大器组成的 方波三角波正弦波函数发生器以及输出为 +12V与 -12V的电源给所设计的 函数信号发生器提供电压。1.1.2 性能指标要求1：输出波形 正弦波 、方波可调幅度、三角波幅度。2：频率范围 频率范围1HZ10HZ,100HZ1KHZ,1KHZ10KHZ，10KHZ1MHZ其中1HZ10HZ，10KHZ1MHZ为扩展。3：输出电压 方波的输出电压为10V, 三角波峰峰值为3V.正弦波峰峰值1v.4:波形特性 表征正弦波特性的 参数是 非线性失真r,一般要求r3%：表征三角波特性的参数是非线性系数是 r2,一般要求r22%；表征方波的参数是 上升时间一般要求小于100ns（1KHZ,最大输出时）。1.2 整机实现的基本原理及框图1.2.1 基本原理 函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波等电压波形。其电路中使用的 器件可以是 分立器件（如低频信号发生器S101全部采用晶体管），也可以是集成电路（如单片集成电路ICL8038）。我们这次实训是由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计。1.方波发生电路 方波发生电路是由滞回比较器组成的，R1叫平衡电阻，运放U10A与其他电阻及两个5V稳压管构成。功能是产生方波并使其方波的峰峰值为10V。方波发生电路图2.方波三角波产生电路 0751100307.sch图电容C5前面所示的电路能自动产生方波_三角波。电路工作原理如下：如R2断开，运算放大器U10A与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，R1叫为平衡电阻，C1叫为加速电容，可加速比较器的 翻转；运放的 反向端接基准电压。如R2闭合，即比较器与积分器首尾相连形成闭环电路，则自动产生方波三角波，三角波的幅度为V=(R2*Vcc)/(R3+RP1).方波三角波的频率f=(R3+RP1)/4R2(R4+RP2)C2.由此可得以下结论：1电位器RP2在调整方波三角波的输出频率时，一般不会影响输出波形的幅度，若要求输出频率范围比较宽，则可以用C2改变C2频率范围，RP2实现频率微调。2方波的输出幅度约等于电压+VCC。三角波的输出幅度不超过电源电压+VCC。电位器RP1可实幅度微调，但会影响方波三角波的频率。方波三角波产生电路图3 ：三角波正弦变换电路 我这次选用差分放大器作为三角波正弦波的变换电路。波形变换的原理是：利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。 为使输出波形更接近正弦波，要求： 1传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄：2三角波的幅度Vm应接近晶体管的截止电压值。三角波正弦波的变换电路为0751100307.sch图后面所示。其中RP5调节三角波幅度，RP6调整电路的对称性，并联电阻Re2来减小差分放大器的线性区。C5、C6、C8为隔直电容，C7为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。三角波正弦变换电路图4: -12v,+12v直流稳压电源电路 其电路图如0751100307.sch下面所示。直流稳压电源一般由源变压器、整流滤波电路及稳压电路所 组成。-12v,+12v直流稳压电源电路图1电源变压器 电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路 需要的交流电压V2.2整流滤波电路 整流滤波电路由整流二极管D4、D5、D6、D组成单相桥式整流电路，将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C9、C10、C11、C12滤除纹波，输出直流电压。整流滤波电路图3稳压电路稳压电路的作用主要是清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压的稳定。稳压电路由用晶体管实现的，也有用集成的稳压电路芯片。我们这次实训采用稳压芯片7812，7912实现的电路。稳压电路图4检验是否正确电路 检验是否正确电路由电阻和发光二极管组成，若正确则接电源后发光二极管灯亮。检验是否正确电路图1.2.2 总体框图 方波 三角波 正弦波 比较器积分器差分放大电路+12V-12V电压源函数发生器组成框图 Ui U1 U2 U3 +12V变压电路路 路整流电路滤波电路稳压电路-12v-12V+12V电压源组成框图2各功能电路实现原理及电路设计 2：11函数发生器电路 a :运放U10A和其旁边的电阻组成电压比较器，为了使方波输出电压峰峰值为10V我们把比较器改成滞回比较器，在电压比较器的输出端加上一个为 700O的电阻和+5V和-5V的稳压二极管。b :运放U10B和电阻R4、RP2、R5电容C1、C2、C3、C4组成积分器使方波变成三角波，为了使三角波的幅度可调我们在做实训时在 其输出端加上了 一个反向比例放大器使其输出的幅度可调。运放U10A组成反向比例放大器在 调试过程中我们可以通过调节RP4、RP3来改变三角波的幅度。c:三角波转变为正弦波我们利用差分放大电路由T1、T2两个NPN构成；为了使其输出的 正弦波的电压稳定我们 在 其输出端加上一个电压跟随器。3制作与调试过程在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级级联。 3.1.1 -12V +12V电源的调装a :电源变压器 电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路 需要的交流电压V2.b : 整流滤波电路 整流滤波电路由整流二极管D4、D5、D6、D组成单相桥式整流电路，将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C9、C10、C11、C12滤除纹波，输出直流电压。c : 稳压电路稳压电路由两个电容C17、C18组成使其输出的直流电压稳定.d: 检验是否正确电路 检验是否正确电路由电阻和发光二极管组成，若正确则接电源后发光二极管灯亮。3.12方波三角波发生器的调装由于比较器U10A与积分器U10B组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个电路可以同时安装。注意，在安装电位器RP1、RP2之前，要先将其调整到我们设计值，否则电路可能会不起震。如果电路接线和元器件的大小都是正确的以及没有出现虚焊，则在 接通电源后，J4的输出为方波，J2的输出为三角波，微调RP1,使三角波的 输出幅度满足我们所需要的值，调节RP2，则输出的频率在一定范围内变化。我们可以通过4脚拨码开关改变频率范围。3.1.3 三角波正弦波电路的安装三角波正弦波电路的变换是利用差分放大器电路来实现。电路的调试步骤如下：将RP5与C6连接，调节RP5使三角波的输出幅度接近正弦波，调整C6改善波形。如果输出波形出现以下正弦波失真，则应调整和 修改电路参数，产生失真的原因及处理措施如下：a :钟形失真 传输特性曲线的线性区太宽，应减小Re2.b:平顶失真 传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整R9.c:非线性失真 三角波的线性度较差引起的失真，主要受运放性能的影响。可把电容C7改成可变电容。4电路测试 4.1 测试仪器与设备 a: 数字万用表一台 b :示波器一台4.2 指标测试a:-12V电压+12V电压b:方波的输出波形频率与幅度c:三角波的输出波形频率与幅度d:正弦波的输出波形频率与幅度e: 频率变换问题4.3 误差分析a:方波输出电压Vpp小于2Vcc，是因为运放输出级由NPN组成晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。b: 方波的上升时间，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容。可用示波器测量方波上升时间。 5实训心得体会 通过这次实训我明白了做一个电子产品的流程，第一步，找材料理解每一部分电路的结构和功能，在原有的基础上加上自己所要求的，填写自己所需的元器件的清单 ；第二步，画原理图，不懂的及时找辅导老师或自己查找材料并画出正确的原理图；第三步，把原理图导入到PCB版去并合理的摆放元器件，认真核对原理图和PCB图的管脚是否一一对应，根据试验板的大小在PCB板上设计大小，以及合理的设置走线规则和焊盘大小，不同的器件要不同的焊盘大小，各个网络线的大小不同，走线时我们英尽量避免自动布线和走直角。注意，在摆放元器件的时候应尽量按照原理图摆放，变压器不能和函数信号元摆放在一块以免变压器对输出有影响，在摆放芯片7812，7912时要留足够的空间装芯片的散热片。第四步，用砂纸把铜板上的氧化物磨掉。第五步，打印并转印PCB图到我们的铜板上去，一般转印三次（160C时）如果转印的不是很理想应在腐蚀前拿油性笔把不好的线补起来注意轻轻的点。腐蚀时应注意人体不要和腐蚀液接触。第五步，打孔，这次我选择孔针为0.8毫米，但字焊接的时候发现7812，7912，以及四个稳压二极管的孔需要打1毫米的，打孔时要注意用力要均匀，一定要在板干的时候才能打孔，要不可能会把放元器件的那面板打鼓起来。第六步，把板上的油墨擦掉，并清洗干净。在铜板的那面擦上松香水以防止铜板氧化，等待铜板干。第七步，焊接元器件，在焊时注意，注意元器件的管脚和极性电容的+-发光二级管的+-，注意接-12V那个发光二极管尤其注意，其接地端插发光二极管的+端。芯片的管脚，7812，7912.的管脚从左到右分别为1、2、3管脚。NE5532芯片离芯片圆点较近的为1管脚。NPN正面对着自己，从左到右分别是e、b、c管脚。粗调电阻和精调电阻只要中间管脚插对，另外两个管脚没什么讲究。变压器只要中间的接地线接正确其他的不分正负。 6参考文献 (1) 谢自美电子线路设计实验测试（第