电子电路测量实验(北邮)

1、北京邮电大学电子电路综合设计实验实验报告课题名称：函数信号发生器院 系：电子工程学院摘要本实验的目的在于使用集成运算放大器设计一个方波三角波正弦波发生器。其中，由施密特触发器组成的多谐振荡器产生方波，再经积分运算电路产生三角波。最后，经过差分放大器，利用晶体管的非线性特性将三角波变换为正弦波。并要求波形达到一定的幅值、频率等要求。关键词函数信号发生器 方波 三角波 正弦波 集成运放正文一、 设计任务要求1 基本要求（1） 信号输出频率在110kHz范围内连续可调，无明显失真。（2） 方波信号输出电压Uopp=12V（误差20%），上升、下降沿小于10us，占空比范围为30%70%。（3） 三角

2、波信号输出电压Uopp=8V（误差20%）。（4） 正弦波信号输出电压Uopp1V2 提高要求（1） 将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可挑范围为30%70%；（2） 三种波形的输出峰峰值Uopp 均可在1V-10V 范围内连续可调。3 +二、 实验原理及设计过程1 总体思路函数信号发生器的构成方法多样。本实验来看，可以先产生方波，由方波积分得到三角波，在由三角波经过整形得到正弦波；也可以先产生正弦波，将正弦波进行整形得到方波，在通过积分器产生三角波。在器件使用上，可以是分立元件电路，也可以采用集成电路。根据提供的器材和资料，选择设计由集成运算放大器和晶体管放大器构成的方波三角波正弦波发

3、生电路（如下图二）。2 原理结构框图三、 Multisim仿真过程及波形输出1 元器件选择（1） 方波三角波发生电路（最终电路见附录）l 芯片选择：对比uA741CP与LM318N的相关参数。选择转换速度较快的LM318N作为矩形波发生电路的芯片， uA741CP作为三角波发生电路的芯片。l 稳压管选择：根据方波Uopp =12V，方波幅度限制在-(UZ+UD)+(UZ+UD)，故选择稳压值为UZ =6V的稳压管。查阅资料，在Multisim中选择1N4734A单稳压管，放置为稳压对管。l 电阻电容选择：根据方波和三角波输出峰峰值的要求（12V、8V），Rf和R1的取值应满足Rf：R1=3：2

4、。为使电路易起振，在这里取Rf=30k，R1=20k。根据直流平衡电阻的计算原理，得R3=（30|20）k=12k。根据方波输出幅度选择限流电阻Ro=2k。同时在三角波电路中，由公式R2C=Rf /4f R1 计算得R2=5k，C=0.01F。根据直流平衡电阻的计算方法，得R4=R2 =5k。为达到频率的可调范围，选择Rp1=100k的滑动变阻器。l（2） 正弦波发生电路l 根据实验派发的实验器材，晶体管型号是S8050，查阅资料，在Multisim12.0中选择替代元件：2N5551。l 电阻选择：根据派发的器件，Rp2可以调节正弦波幅度。取Rp2=10k。由于电路组成是恒流源负载的差分放大

5、器，故先计算电流源的静态工作点。取IC3=1mA=IC4，得IRIC3=1mA，则由VCC-R*IR-VBE=VEE+IE4*RE4 ，IC3 IE4 ，取R=20k，RE3=RE4=2k。如图，由晶体管的非线性放大特性知，电路的对称性越好，得到的正弦波波形才对称。则，由电流源输出电流I=1mA,得IE1=IE2=1mAIC1=IC2，由于正弦波输出幅度需大于1V，所以取RC1=RC2=5.6k。为保证差分放大器静态工作点合适，取RB1=RB2=3.2K,RE=100，调节差分放大电路平衡的RP3不可过大，取值和RE保持一致，取RP3 =100。l 电容选择：电路中，C1，C2，C3为隔直电容

6、，应选择大电容，取C1=C2=C3=33uF，C4为滤波电容，应选择较小的电容，取C4=0.1uF。2 仿真电路图（未接示波器）（最终电路见附录）3 仿真结果四、 实际电路搭建及波形输出1 功能实现及故障排除过程（1） 电路搭建按照电路设计图，一步一步谨慎地在面包板上搭建电路。l 元器件取值变化：由于在电路实验材料箱中阻值和元器件有限，仿真中出现的一些阻值在材料箱中没有，所以先选取接近的阻值。取值发生变化的元器件如下：（最终参数见附录）元件名仿真值实际值R2、R45k5.1KRB1、RB23.2k3.3k1 23l 关于双稳管2DW232：查阅了相关的资料，得知2DW232是：电压基准二极管。

7、参数：硅 、6.0-6.5V 、30mA、200mW。该双稳管中封装了一对稳压管，故接线时应从两稳压对管两端引线。确定管脚可使用万用表的电阻/二极管测量功能进行测量确认。也可通过查阅得到的资料确认管脚，（如图）本实验中应接1、3管脚。搭建时，用万用表逐一确认电阻阻值，避免发生错误。搭建时要注意布线方式。切忌将导线从芯片上方跨过，以及出现裸导线之间易接触易短路的情况。同时注意整体布局，整齐美观。如利用面包板上边沿和下边沿的两排作为公共地、公共正负电源端等，避免不必要的接线。注意导线的颜色要直观、符合常识标准。如正电源端用红色，负电源用绿色，公共地用黄色等。（2） 电路检查电路搭建完成后，在接通电

8、源前，须仔细检查电路是否连接正确（尤其是芯片周围的管脚连接、8050晶体管的管脚连接，2DW233双稳管的连接等。），避免因连接错误造成元器件损坏、无波形输出等。（3） 电路测试接上直流稳压电源，±12V，开始测试电路。将示波器探头置于方波输出端，调节示波器，至能观察到波形。（若如何调节都没有波形，故障排除方法见（4）。）观察方波、三角波的幅值、频率是否符合设计要求。由于可调频率范围只有1-4kHz，所以改变Rf和R1的阻值。经过探究：Rf增大会造成方波频率的增大，R1增大会造成三角波峰峰值的增大。如下表：元器件名更改前更改后Rf30k33kR120k13k此时，方波和三角波的幅值已

9、符合要求。上升沿、下降沿比较陡直，符合要求。（4） 故障排除方法搭好电路后，第一次测试往往是出不来波形的。这次实验的调试过程比较长。在不断地调试、更改中，总结出来了一些电路的调试和故障排除方法。Ø 首先确定示波器连接有无问题（有无接公共地等），然后确定示波器的耦合模式、触发源、GND等设置。确定信号源设置、输出无误。Ø 检查电路，确定没有连接错误、元器件无取值错误。布线上没有明显错误（如导线横跨芯片）。Ø 调节顶调电位器。Ø 用万用表直流电压档测量芯片需要加电源的管脚（4、7脚）的电位是否正确（±12V）。Ø 更换芯片进行尝试。

10、16; 用万用表确定重要元器件的好坏，如双稳管、晶体管、顶调电位器等。Ø 用万用表确定电路中每根导线确实导通而没有断。插在面包板连接孔上的两元器件确实连接上了。Ø 重新搭建电路、重新已更好的方式布线。2 波形输出（1） 波形相关参数结果如下表：验收要求基本要求提高要求频率范围方波三角波正弦波占空比Uopp 范围指标要求1-10kHzUopp=12V（误差<20%），上升、下降沿小于10SUopp=8V（误差<20%）Uopp1V，无明显失真30%-70%1V-10V 连续可调学生填写实测数据0.730-10.8856kHzUopp= 13VUopp= 7.2VU

11、opp= 4.1V完成情况完成完成完成完成未完成×未完成×完成情况：基本要求全部完成，提高要求未完成。（2） 波形照片（照片反色处理）：五、 总结1 实验收获通过这次电子电路综合实验，我掌握了函数信号发生器的工作原理和机制，学会了使用集成运放和晶体管差放设计函数信号发生器的基本方法。掌握了使用Multisim12.0进行电路仿真的方法，也锻炼了实际搭建电路和调节电路的能力，总结出了排除电路故障的基本方法。更重要的是，在设计过程中，我增强了资料和信息搜集、筛选、整合的能力，更加锻炼了独立学习和应用新知识的能力，熟悉了这种研究问题的模式。六、 附件1 所用元器件及取值参数名称类型取值型号LM318集成运算放大器LM318NuA741集成运算放大器uA741CP2DW232双稳压管2DW232T1 T2 T3 T4双极型晶体管S8050R1电阻1