完整方波三角波正弦波函数信号发生器Word格式.docx
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5.1方波—-—三角波发生电路的安装与调试……………………（13）
5。
2三角波——-正弦波转换电路的安装与调试…………………（13）
5.3总电路的安装与调试………………………………………（13）
5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法…………（13）
6电路的实验结果…………………………………………………………（14）
6.1方波--—三角波发生电路的实验结果………………………（14）
6。
2三角波—-—正弦波转换电路的实验结果……………………（14）
6.3实测电路波形、误差分析及改进方法………………………（15）
7实验总结………………………………………………………………（17）
8仪器仪表明细清单………………………………………………………（18）
9参考文献…………………………………………………………………（19）
1．函数发生器总方案及原理框图
1。
1原理框图
2函数发生器的总方案
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器.根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块8038）.为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波;
也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等.本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：
由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点.特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此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。
2．课程设计的目的和设计的任务
2。
1设计目的
1．掌握电子系统的一般设计方法
2．掌握模拟IC器件的应用
3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力
4．掌握常用元器件的识别和测试
5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法
2设计任务
设计方波——三角波-—正弦波函数信号发生器
2.3课程设计的要求及技术指标
1．设计、组装、调试函数发生器
2．输出波形：
正弦波、方波、三角波；
3．频率范围：
在10－10000Hz范围内可调;
4．输出电压：
方波UＰ－Ｐ≤24V,三角波UＰ－Ｐ＝8V，正弦波UＰ－Ｐ〉1V;
3．各组成部分的工作原理
3.1方波发生电路的工作原理
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成.RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
设某一时刻输出电压Uo=+Uz，则同相输入端电位Up=+UT。
Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。
反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时,Un趋于+Uz；
但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为—Uz,与此同时Up从+Ut跃变为—Ut。
随后,Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。
Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；
但是，一旦Un=-Ut，再减小，Uo就从—Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。
上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。
3.2方波-—-三角波转换电路的工作原理
方波—三角波产生电路
工作原理如下:
若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容,可加速比较器的翻转。
运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。
比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压—Vee（｜+Vcc｜=｜-Vee|）,当比较器的U+=U—=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平—Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。
设Uo1=+Vcc，则
将上式整理,得比较器翻转的下门限单位Uia—为
若Uo1=-Vee，则比较器翻转的上门限电位Uia+为
比较器的门限宽度
由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图3—71所示.
a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为
时，
可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。
a点闭合,既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
方波—三角波的频率f为
由以上两式可以得到以下结论：
1.电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。
若要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。
2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。
三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc.
电位器RP1可实现幅度微调,但会影响方波—三角波的频率。
3三角波--—正弦波转换电路的工作原理
三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点.特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
分析表明，传输特性曲线的表达式为：
式中
—-差分放大器的恒定电流；
—-温度的电压当量，当室温为25oc时,UT≈26mV.
如果Uid为三角波,设表达式为
式中 Um—-三角波的幅度；
T—-三角波的周期.
为使输出波形更接近正弦波，由图可见：
（1）传输特性曲线越对称,线性区越窄越好；
（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区.
（3）图为实现三角波-—正弦波变换的电路.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RE2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.
三角波—正弦波变换电路
3.4电路的参数选择及计算
方波-三角波中电容C1变化（关键性变化之一）
实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0。
1uf时，顺利得出波形。
实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低,不容易在实际电路中实现。
三角波—正弦波部分
比较器A1与积分器A2的元件计算如下。
由式（3—61）得
即
取
，则
，取
，RP1为47KΩ的点位器。
区平衡电阻
由式（3-62）
当
时,取
，为100KΩ电位器。
时，取
以实现频率波段的转换,R4及RP2的取值不变。
取平衡电阻
。
三角波—>
正弦波变换电路的参数选择原则是：
隔直电容C3、C4、C5要取得较大,因为输出频率很低，取
，滤波电容
视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多,
可取得较小，
一般为几十皮法至0。
1微法。
RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。
差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R＊确定。
3.5总电路图
三角波-方波—正弦波函数发生器实验电路
先通过比较器产生方波,再通过积分器产生三角波,最后通过差分放大器形成正弦波。
4．电路仿真
1方波-——三角波发生电路的仿真
4.2三角波—--正弦波转换电路的仿真
5电路的安装与调试
1方波—-—三角波发生电路的安装与调试
1.按装方波—-三角波产生电路
1.把两块741集成块插入面包板，注意布局；
2.分别把各电阻放入适当位置,尤其注意电位器的接法；
3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。
2.调试方波——三角波产生电路
1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；
2.调节RP1，使三角波的幅值满足指标要求;
3.调节RP2，微调波形的频率；
4.观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。
2三角波-—-正弦波转换电路的安装与调试
按装三角波-—正弦波变换电路
1.在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；
搭生成直流源电路,注意R＊的阻值选取;
3.接入各电容及电位器，注意C6的选取；
按图接线，注意直流源的正负及接地端.
调试三角波——正弦波变换电路
接入直流源后，把C4接地,利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；
2.测试V1、V2的电容值,当不相等时调节RP4使其相等；
3.测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；
在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压;
5.3总电路的安装与调试
1.把两部分的电路接好，进行整体测试、观察
2.针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。
4调试中遇到的问题及解决的方法
方波—三角波-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联.
1．方波-三角波发生器的装调
由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路,同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。
需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10KΩ,RP2取（2。
5—70）KΩ内的任一值，否则电路可能会不起振.只要电路接线正确，上电后,UO1的输出为方波,UO2的输出为三角波，微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求有,调节RP2,则输出频率在对应波段内连续可变。
2．三角波-——正弦波变换电路的装调
按照图3—75所示电路，装调三角波—正弦波变换电路，其中差分发大电路可利用课题三设计完成的电路。
电路的调试步骤如下。
（1）经电容C4输入差摸信号电压Uid=50v，Fi=100Hz正弦波。
调节Rp4及电阻R＊，是传输特性曲线对称。
在逐渐增大Uid。
直到传输特性曲线形状入图3-73所示，记下次时对应的Uid即Uidm值.移去信号源,再将C4左段接地，测量差份放大器的静态工作点I0,Uc1，Uc2，Uc3，Uc4。
（2）Rp3与C4连接，调节Rp3使三角波俄输出幅度经Rp3等于Uidm值,这时Uo3的输出波形应接近正弦波，调节C6大小可改善输出波形。
如果Uo3的波形出现如图3-76所示的几种正弦波失真，则应调节和改善参数,产生是真的原因及采取的措施有；
1）钟形失真如图（a）所示,传输特性曲线的线性区太宽，应减小Re2。
2）半波圆定或平顶失真如图（b）所示,传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R＊。
3）非线性失真如图（C）所示，三角波传输特性区线性度差引起的失真，主要是受到运放的影响.可在输出端加滤波网络改善输出波形。
（3）性能指标测量与误差分析
1）放波输出电压Up—p《=2Vcc是因为运放输出极有PNP型两种晶体组成复合互补对称电路,输出方波时,两管轮流截止与饮和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。
2）方波的上升时间T，主要受预算放大器的限制。
如果输出频率的限制。
可接俄加速电容C1，一般取C1为几十皮法。
用示波器或脉冲示波器测量T
6电路的实验结果
1方波---三角波发生电路的实验结果
C=0.01uf
fmin=4138HZ
fmax=8333HZ
C=0.1uf
fmin=198HZ
fmax=1800HZ
C=1uf
fmin=28HZ
fmax=207HZ
6.2三角波-—-正弦波转换电路的实验结果
R=15KΩ
Vc1=Vc2=5。
530V
Vc3=-0。
6218V
Vc4=-10.307V
Ic1=Ic2=0。
6813mA
实验结果分析
模拟仿真（R*=13K
）
Vc1=Vc2=4.358V
Vc3=—0.831V
Vc4=-9.028V
Ic1=Ic2=0。
5368mA
6.3实测电路波形、误差分析及改进方法
将C6替换为由两个。
1uF串联或直接拿掉，
C1=0。
1uFU=54mvUo=2.7v〉1v
C1=0.01uFU=54mvUo=2。
8v〉1v
Xc=1/W*C，当输出波形为高频时，若电容C6较大，则Xc很小,高频信号完全被吞并，无法显示出来。
实验总结
一个礼拜的课程设计已经结束,
7．实验总结
为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深.使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；
熟悉了常用的仪器仪表;
了解了电路的连接、焊接方法；
以及如何提高电路的性能等等.
其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦.
在实验过程中，我们遇到了不少的问题。
比如：
波形失真，甚至不出波形这样的问题。
在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。
实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。
还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，让不必要的伤害减至最少。
还有值得我们自豪的一点就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术啊，最后用一句话来结束吧.
“实践是检验真理的唯一标准”.与君共勉.
8．仪器仪表清单
设计所用仪器及器件
1．直流稳压电源1台
2．双踪示波器1台
3．万用表1只
4．运放7412片
5．电位器50K2只
100K1只
100Ω 1只
6．电容470μF3只
10μF1只
1μF1只
0.1μF2只
0.01μF1只
7．三极管90134只
8．面 包 板1块
9．剪 刀 １把
10．仪器探头线2根
11．电源线4根
9．参考文献
童诗白主编．模拟电子技术基础（第三版）．北京：
高教出版社，2001
李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社,2001。
3
胡宴如主编.模拟电子技术.北京.高等教育出版社,2000
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