北邮2014函数信号发生器的设计.doc

北京邮电大学电子测量与电子电路综合实验 北京邮电大学 实 验 报 告 课程名称：电子测量与电子电路基础 实验名称：函数信号发生器的设计 班级： 学号： 班内序号： 姓名：10一 课题名称：函数信号发生器的设计二 摘要和关键词 摘要：本实验由两个电路组成，方波三角波自激的单线比较器产生方波， 通过积分电路产生三角波，再经过差分电路实现三角波正弦波变换。输出方 波幅度的大小有稳压管的稳压值决定，频率可用电位器调节，正弦波幅度和电路的对称性也分别由两个电位器调节，以实现良好的正弦波输出图形。 关键词：函数信号发生器、方波、三角波、正弦波三 设计任务要求： 设计制作一个方波三角波正弦波信号发生器，供电电源为V。 1输出频率能在1KHZ10KHZ范围内连续可调； 2 方波输出电压=12V(误差），上升、下降沿小于10s； 3 三角波=8V(误差）； 4 正弦波1V，无明显失真。三角波方波四 设计思路、总体结构框图正弦波三角波正弦波变换电路方波振荡电路方波三角波变换电路 图1根据任务要求可以拟出多种实验方案，本实验采用的是图1所示方式，采用运算放大器组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。三角波正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路、二极管可变分压器电路和差分放大器等，本实验采用电流镜偏置的差分放大电路设计实现波形转换的方法。三角波正弦波转换电路方波三角波产生电路电源电路 图2五 分块电路和总体电路的设计（含电路图） 1方波三角波产生电路 图3 方波-三角波基本产生电路由于采用了运算放大器组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定，即限制在（UZ + UD）之间。方波经积分得到三角波，幅度为Uo2m =R1/Rf*(Uz + UD)改变R1与Rf的比值可调节Uo2m的大小方波和三角波的振荡频率相同，为f = 1/T =Rf/4R1R2C式中为电位器的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。调节电位器可改变振荡频率。电路元件的确定:(1)根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择电压转换速率SR合适的运放。(2)根据所需输出方波幅度的要求，选择稳压值合适的稳压管型号和限流电阻的大小。(3)根据输出三角波的幅度要求，确定R1与Rf的大小 R1 = UO2M/(Uz + UD)Rf(4)根据所要求的振荡频率确定R ：C的值 R2C = Rf/4fR1其原理如下图，由波形得： 图4 2 三角波正弦波转换电路 图5 三角波正弦波变换电路如图为三角波-正弦波发生电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。这些器件使得输出波形更接近正弦波。差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛地应用于集成电路中，常作为输入级或中间放大级；其特性使得可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。 图6 三角波正弦波变换过程由上图可知：（1）差分放大器传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2）三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。3 总体电路 图7 总体电路图六 所实现功能说明（已完成的基本功能和扩展功能，主要测试数据，必要的测试方法等）1 已实现的功能 1输出频率能在1KHZ10KHZ范围内连续可调； 2 方波输出电压=12V(误差），上升、下降沿小于10s； 3 三角波=8V(误差）； 4 正弦波1V，无明显失真。2 主要测试数据及测试方法 主要测试数据见坐标纸； 该函数信号发生器是由三级单元电路组成的，而多级电路通常按照单元电路的先后顺序来安装和调试；在本实验中，首先按元件的大致估算值来安装方波三角波产生电路。调节电位器的阻值，观察波形频率变化。适当改变R2的阻值，重复观察波形频率变化。经过调试，保证方波、三角波的频率能够在1KHZ10KHZ内连续变化。对于三角波正弦波产生电路，该单元电路需要进行静态调整，通过调节Rp2调节电路的对称性，使得波形上下基本上对称。除此之外，需调节Rp1，来减小调节波形的失真，直至几乎不失真。七 故障及问题分析1对于方波三角波产生电路，遇到的第一个问题在于运放LM318的限流电阻选取过大，导致第一级运放的输出电流过小，导致无法显示波形。更改限流电阻的阻值为1K后，发现波形还是无法显示，检查电路连线，发现电路搭接有些混乱，重新布线搭接后可显示出方波波形。第三个问题是频率范围不能覆盖到10KHZ，减小与运放LA741管脚2连接的电阻,可以得到符合标准的波形图。2对于三角波正弦波产生电路，遇到的问题是由于元件参数选择不当，导致波形出现严重失真。适当调整元件参数，可得到较小失真的正弦波形。调整差分放大电路中的电位器，使正弦波形上下对称。同时适当调整另一电位器，使波形无明显失真。八 总结和结论在这次试验的过程中，比较关键的一点是确定元件的参数值。这需要比较好的模电课程基础，我通过查找资料等方法，大致确定了元件的参数值。在实验中经过反复调试，才得到了较为理想的波形。但同时我也意识到自己的理论学习有一些不太扎实的地方。通过函数信号发生器的设计和制作，使我加深了对函数信号发生器工作原理的理解，并且基本掌握了集成运算放大器的使用方法，熟悉了示波器的使用，了解了面包板上电路搭建方法，以及掌握了仿真软件的使用。总的来说，我喜欢这种实验形式，既加强了对系统概念的理解，又提高了工程设计和实践动手能力，激发了创新实践的兴趣，提高了创新实践能力。希望以后的实验课更多地以这种形式体现。九multsim仿真原理图、波形图 1 仿真原理图 图82 波形图 图9十 所用元器件及测试仪表清单所用元器件：运算放大器：UA741,1个；LM318 1个三极管：8050 ，4个三极管：2DW232，1个电位器： 100K ； 100 ；W 10K电阻： 20k2.7k12k2.7k30k1k30k30k2k2k5605605.7k11k电容：0.01F0.1F0.01F6800PF0.01F导线若干；（注：实际元件值可能与仿真元件值不符，有一些微调。）测试仪表：仪器仪表型号用途编号