测控暑期实习报告--组合函数信号发生器.doc

中国地质大学（北京）2013年本科实习报告分类号 密级中国地质大学（北京）本 科 实 习 报 告题 目 组合函数信号发生器 及波形巡回切换电路的设计与实现 学生姓名 李树寒 学 号 1010112110 学生姓名 朱若羽 学 号 1010112101 院（系） 地球物理与信息技术学院专 业 测控技术与仪器 二零一三 年 七月摘 要这次实习既使我们所学知识具有针对性，克服纯理论教学的枯燥，又可让我们亲自动手自己设计制作的电子产品，激发了我们的学习兴趣;既提高了我们的电子技能，也给我们带来极大的成就感。在这次实习中设计、调试、维修过程中经常要用到各种信号源对电路进行测试，函数信号发生器就可以产生所需各种信号。让我们自己设计并制作函数信号发生器，既可以加深集成运算放大器理论知识的理解，又可以提高动手能力。更加深了我们对自己专业的了解。关键词： 仿真； 调制与解调； 集成运放； 自动切换； 焊接 ABSTRACTThrough the practice we consolidate the textbook knowledge and cultivating studies the theory the team cooperation spirit, personal work independently, analysis and problem solving ability. The internship myself, then the first personal welding, the book knowledge into actual operation. Through the integrated amplifier made square wave, triangle wave, sine wave, sawtooth wave, the ladder wave, high and low frequency signal between the modulation and demodulation, and by time, points to realize their bandwidth automatically switch. Therefore it can be know triangle wave after low pass filtering can get sine wave, sawtooth wave after single limit comparator can get on the ladder wave, the frequency of the signal through modulation envelope can get. Key words: Emulate; Modulation and demodulation; Op-amp integrated; Automatic switchover; Soldering目 录1 实习任务及要求.41.1 实习任务.41.2 技术指标.41.3 工作流程.41.4 设计提示.42 设计的基本过程与方案.62.1方波-三角波产生电路.62,2正弦波产生电路.82.3锯齿波产生电路.102.4阶梯波产生电路.122.5调幅电路.142.6准时序产生2s，3s的波形自动循环控制电路.203 实习日志.234 实习体会与建议.245 参考文献.251 实习任务及要求.1 实习任务：完成组合函数信号发生器的硬件制作。其中组合波形包括：正弦波、锯齿波、方波、阶梯波、调幅波。并对上述的的四种波形进行巡回切换输出；对调幅波进行变频输出，分别在示波器上进行观测。1.2 技术指标：基本部分1、 正弦波、锯齿波、方波、阶梯波的频率均为1000 Hz，频率稳定度为100ppm。2、 输出信号的峰峰值为2V，幅度失稳度、波形失真度均小于1%。3、 在一个周期内，阶梯波的阶梯不小于3个。4、 每种波形的巡回切换时间间隔为2 S。5、 调幅波的包络线频率为200 Hz，载波频率为10000 Hz。发挥部分对调幅包络线进行变频循环输出，频点为200Hz，400Hz、600Hz，循环时间间隔为3S。1.3 工作流程1）调研、查找并收集资料；2）画出原理框图；3）单元电路设计与计算；5）列元器件明细表；6）电路焊接与调试；7）撰写设计报告。1.4 设计提示电路主要由五个模块组成，包括DC-DC电路、信号产生电路、基准时序产生电路、波形自动循环控制电路、调幅电路。其原理框图如图1。各模块功能如下：1） DC-DC电路。实验室所能提供的供电电压为12V，而数字电路工作电压为5V。因而，可用7805和7905实现5V的工作电压。若需使用8V，可用7808和7908实现。2） 信号产生电路。主要分为：方波-三角波产生电路，低通滤波电路，锯齿波产生电路。可以由积分器和比较器同时产生三角波和方波，其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正负极性的电位交替地反馈至积分器而得到三角波。三角波经低通后可产生正弦波。锯齿波通过比较运算后可得到阶梯波。3） 调幅电路。采用10KHz载波信号进行AM调制，对调幅波的包络线进行变频循环输出，频点为200Hz，400Hz，600Hz。4） 基准时序产生电路。循环的时间基准由此电路实现。5） 波形自动循环控制电路。要求方波、正弦波、锯齿波、阶梯波等均能够自动循环输出，且每种波形显示时间为2S；调幅波能够自动变幅循环输出，各调幅波显示时间为3S。图1 组合函数信号发生器及波形巡回切换电路原理框图2 设计的基本过程与方案2.1 方波-三角波产生电路2.1.1 实验原理如将滞回比较器和积分器首尾相接形成反馈的闭环系统，则比较器输出方波经积分器积分后可得到三角波，三角波又经触发器自动翻转形成方波，这样即构成了方波-三角波发生器。图中运用了TL074组成的运放积分电路。方波-三角波产生电路可由积分器和比较器同时产生三角波和方波。2.1.2 实验数据及计算电路震荡频率：f=方波幅值：Uom=Uz2.1.3 实验原理图图2-1方波-三角波发生电路其中，R9控制方波的幅度，R8控制方波三角波的频率，R11控制三角波的幅度，实际可调。2.1.4 方波三角波的电路仿真图2-2仿真得到的方波-三角波发生图2.1.5 故障问题及解决办法波形严重失真；幅度峰值大于2V且振荡频率大于1KHz。解决办法：稳压二极管忘记接地达不到稳压目的，接地后解决。更换电阻阻值，用滑动变阻器替换固定电阻调整阻值。在输出端接上滑动变阻器控制幅度。 2.2 正弦波产生电路2.2.1 实验原理将发生的三角波经过一个一阶低通滤波电路，如图2-3所示，则三角波经低通滤波后可产生正弦波。图中运用了TL074及电容和电阻共同构成了低通滤波器。2.2.2 实验数据及计算通带放大倍数Aup=1+特征频率fo=当f=fo时，Au=故通带截止频率fp=fo。2.2.3 实验原理图图2-3方波-三角波-正弦波发生电路其中，R10控制正弦波的幅度，实际可调。2.2.4 方波-三角波-正弦波及正弦波单独的电路仿真图2-4仿真得到的方波-三角波-正弦波发生图图2-5仿真得到的正弦波发生图2.2.5 故障问题及解决办法不出现波形；幅度峰值大于2V且振荡频率大于1KHz。解决办法：低通滤波电路接错了输入口，从R1后方接出了，更改后正常。更换电阻阻值，用滑动变阻器替换固定电阻调整阻值。在输出端接上滑动变阻器控制幅度。 2.3 锯齿波产生电路2.3.1 实验原理锯齿波产生电路可在方波发生器和积分器之间加上两个二极管以及滑动变阻器来实现，滑动变阻器可用来调节占空比。积分电路正向积分的时间常数远大于反向积分的时间常数，或者反向积分的时间常数远大于正向积分的时间常数，那么输出电压上升和下降的斜率相差很多，就可以获得锯齿波。利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分通路不同，就可以得到锯齿波发生电路。2.3.2 实验数据及计算根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出上升时间和下降时间，分别为T1=t1-t02 T2=t2-t12 所以振荡周期：T=占空比：=调整R1和R2的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整滑动变阻器滑动端的位置，可以改变占空比以及锯齿波上升和下降的斜率2.3.3 实验原理图：图2-6锯齿波发生电路2.3.4 锯齿波电路仿真图2-7仿真得到的锯齿波发生图2.3.5 故障问题及解决办法无波形产生；周期偏小，调节阻值发现幅度不随之发生改变；锯齿波有失真，表现为占空比不合理，直线部分不是很陡。解决办法：检查电路连线，看是否有短路或断路；改变R2及R7可以在不影响幅度的情况下改变其周期；在输出端接电阻跟电容可调节失真。2.4 阶梯波产生电路2.4.1 实验原理阶梯波产生电路可由比较及加法运算电路来实现。设置三个单限比较器，设置三个比较电压，可使锯齿波斜率比较大的那条线上发生三次电压跳变，从而产生三个方波，再通过同相比例加法运算电路使它们叠加，从而产生阶梯波。2.4.2 实验数据及计算阶梯波的周期由输入的锯齿波周期决定：T=2.4.3 实验原理图：图2-8锯齿波发生电路2.4.4 锯齿波-阶梯波及阶梯波单独的电路仿真图2-9仿真得到的锯齿波-阶梯波发生图图2-10仿真得到的阶梯波发生图2.4.5 故障问题及解决办法只出现两个台阶；台阶长度不一且失真；解决办法：以地线为基准，测出锯齿波的幅度。切忌以锯齿波的最低点作为零点电压来计算阈值电压，至少确定四个阈值电压。 以锯齿波的幅度等分至少四段电压，以分段电压来确定电阻的比值。2.5 调幅电路2.5.1 实验原理调幅电路主要由载波信号发生电路和调制信号产生电路两部分组成。载波信号是10KHz的正弦波信号，故可由RC桥式正弦波振荡电路产生；调制信号分别为200Hz、400Hz、600Hz的正弦波信号，故可由方波-三角波-正弦波电路产生。将产生的载波信号和调制信号通过乘法器运算便可得到振幅调制信号。2.5.2 实验数据及计算电路振荡频率起振的振幅条件：调整反馈电阻，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应加大滑变。如波形失真严重，则应适当减小滑变大小。2.5.3 实验原理图分别为载波信号发生电路以及可调的三频率调制信号产生电路，以及两者通过乘法器后得到的总电路。载波信号发生电路图2-11载波信号发生电路调制信号产生电路图2-12调制信号产生电路断连成组的开关可以分别切换成200Hz，400Hz，600Hz的调制信号产生电路。载波信号与调制信号经过乘法器的总电路图2-13载波信号与调制信号经过乘法器的总电路乘法器的电路将产生的载波信号和调制信号通过乘法器运算便可得到振幅调制信号。乘法器是由MC1496芯片及一些电容、电阻共同连接而成。图2-14乘法器总电路2.5.4 载波信号与调制信号电路仿真载波信号电路仿真图2-15仿真得到的载波信号200Hz调制信号电路仿真图2-16仿真得到的200Hz调制信号400Hz调制信号电路仿真图2-17仿真得到的400Hz调制信号600Hz调制信号电路仿真图2-18仿真得到的600Hz调制信号载波信号与调制信号经过乘法器的总电路仿真图2-19仿真得到的载波信号与调制信号经过乘法器的结果2.5.5 故障问题及解决办法在调试过程中，发现由计算的理论值焊上电路板后，示波器上无法显示正弦波； 出现顶部或者底部失真；波形不稳，抖动。 解决办法：负反馈太强，此时应加大等效电阻，即反馈电阻的阻值。 波形严重失真，应适当减小反馈电阻。 利用万用表检查电源，确定电源是否稳定；检查电路，确定是否存在虚焊。2.6 准时序产生2s，3s的波形自动循环控制电路2.6.1 实验原理利用NE555产生周期为7.8ms的脉冲电路，再利用两片74LS161将周期放大256倍，然后接入四进制计数器，其中QA、QB作为模拟开关CD4052 A、B的输入，555的输出端口与74161的CLK相连，同时Q0、Q1用7ALSOO与非门输出到LD端口，将方波，正弦波，锯齿波和阶梯波分别接到模拟开关上，以达到四个波形周期为2s的自动循环效果。3s循环电路原理类似，模拟开关直接接入调制电路中，使其3秒自动切换一种赫兹的电路显示。2.6.2 实验原理图：图2-20 2s电路波形自动循环控制电路图2-21 3s电路波形自动循环控制电路2.6.3 波形自动循环控制电路仿真由于软件时间问题，电路仿真将电路中的电容缩小了一千倍，便于观察仿真波形图2-22仿真得到的2s电路输出脉冲图图2-23仿真得到的3s电路输出脉冲图2.6.4 故障问题及解决办法波形不进行循环解决办法：5V的变压器与芯片焊接不牢没有通路。 三、实习日志3.1 第一周：7月1日（星期一）指导老师下发实习作业要求，提示实习思路，规定实习要求。分组并领取工具。7月2日（星期二）7月4日（星期四）电路设计及仿真阶段7月5日（星期五）7月7日（星期天）焊接方波-三角波-正弦波电路3.2 第二周：7月8日（星期一）7月9日（星期二）焊接第一部分的时序电路及模拟开关7月10日（星期三） 焊接载波电路7月11日（星期四）7月12日（星期五）焊接三种频率的调制电路7月13日（星期六）7月14日（星期日）焊接第一部分的时序电路、模拟开关及乘法器3.3 第三周：7月15日（星期一）7月17日（星期三）电路完善、实习报告的撰写4 实习体会与建议4.1 实习体会4.1.1 李树寒这次小学期我们主要就做了三件事,即仿真电路、画电路原理图并将其焊接在电路板上、示波器测试与调试。仿真是第一步