函数信号发生器的设计与调测.docx

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函数信号发生器的设计与调测

电子电路综合设计实验报告

课题：

函数信号发生器的设计与调测

院系：

信息与通信工程学院

班级:

2010211114

学号：

10210414

姓名：

关宇阳

班内序号：

11

前言

一：

课题

函数信号发生器的设计与调测

二：

摘要

主体思路：

方波-三角波产生电路主要有运放组成，其中由施密特触发器多谐振荡器产生方波，积分电路将方波转化为三角波，差分电路实现三角波-正弦波的变换。

该电路振荡频率由第一个电位器调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定；正弦波幅度和电路的对称性分别由后两个电位器调节。

具体详见任务设计要求。

正文

一：

设计任务要求

a）设计一个设计制作一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数

信号发生器

1）输出频率能在1-10khz范围内连续可调，无明显失真；

2）方波输出电压Uopp=12V，上升、下降沿小于10us，占空比可调范围30%--70%；

3）三角波Uopp=8V；

4）正弦波Uopp≥1V。

b）用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）

二：

实验原理

1）方波-三角波产生电路的设计

方波输出幅度由稳压管的稳压值决定，及限制在±（Uz+UD）之间。

基本要求中方波的峰峰值为12V，故选用稳压值为6V的稳压管。

方波经积分得到三角波，幅度为Uo2m=R1（Uz+UD）/Rf，由R1和Rf的比值及稳压管的稳压值决定，基本要求中三角波的峰峰值为8V，这要求R1与Rf的比值为2：

3。

经计算选用的R1为20k,Rf为30k,但实际效果不好,后来换成8k和12k的电阻。

R3为平衡电阻，根据计算应选择5K的电阻。

方波和三角波的振荡频率相同，为f=1/T=αRf/4R1R2C式中α为电位器Rw的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。

即调节Rw可改变振荡频率。

根据所需振荡频率的高低和对方波前后陡度得要求，选择电压转换速率SR

合适的运放。

在产生方波的时候选用转换速率较快的运放LM318，产生三角波的时候选用运放LM741。

根据计算可设定R2=5K，C=0.01uF，后换成0.1uF。

R4为直流平衡电阻，其作用是减小或消除静态时可能在运放输出端产生的附加差模输入电压，应与R2的阻值一样，为5K。

根据所需要输出方波的幅度选择合适的稳压管和限流电阻Ro的大小。

选择限流电阻Ro为2K。

为使α的变化范围较大，信号的频率范围达到要求，1—10K范围可调，电位器Rw选择为10K范围内可调。

实验电路图如图所示

2）正弦波产生电路的设计

差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛的应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。

1）差动放大器设计：

（1）确定静态工作点电流Ic1、Ic2和Ic3。

静态时，差动放大器不加入输入信号，对于电流镜Re3=Re4=ReIr=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4=Ic4+2Ic4/β≈Ic4=Ic3而Ir=Ic4=Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/（R+Re4）

上式表明恒定电流Ic3主要由电源电压Ucc、Uee和电阻R、Re4决定，与晶体管的参数无关。

由于差动放大器得静态工作点主要由恒流源决定，故一般先设定Ic3。

Ic3取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。

在实验中，取Ic3为1mA。

有Ic1=Ic3=1/2Ic3=0.5mA。

由R+Re=（Ucc+Uee-Ube）/Ir,其中Ucc为12V，Uee也为12v，Ube的典型值为0.7V

（在本次取值中可以忽略），Ir为1mA,故取R=20KΩ，Re4=2KΩ。

为使两管输入保持对称性，取Re3=Re4=2KΩ。

（2）差模特性

差动放大器的输入和输出各含有单端和双端输入两种方式，因此，差动放大器的输入输出共有四种不同的连接方式。

不同的连接方式，电路的特性不同。

Rp的取值不能太大，否则反馈太强，实验中取100Ω的电位器，用来调整差动放大器的对称性。

2）三角波-正弦波产生电路

三角波-正弦波变换电路的种类很多，有二极管式电路、二极管可变分压器电路和差分放大器等。

利用差分放大器传输特性曲线的非线性，差分放大器传输特性曲线特性越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。

图中RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻RE用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。

电容C1,C2,C4为隔直流电容，C3为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出正弦波的波形。

在实验过程中，Re与电位器Rp2并联，取阻值为100Ω。

电解电容C1、C2、C4为隔直流电容，为达到良好的隔直流、通交流的目的，其容值应该取的相对较大，取C1=C2=C3=33uF。

Rp1调节三角波的幅度，为满足实验要求，其可调范围应该比较大，故取Rp1=20kΩ。

Rb1与Rb2为平衡电阻，取值为Rb1=Rb2=3.2KΩ。

流进

T1，T2集电极电流为0.5mA，为满足其正弦波的幅度大于1V，取Rc1=R

c2=5.6kΩ，使得电流流经Rc2的电压降不至于很大。

C4为滤波电容，取

C4=0.1uF

试验电路如图所示:

PCB仿真图:

3D效果图

三:

实验过程及总结

在实验开始前，我首先计算了电阻和电容的参数，在参考了网上很多资料以后决定使用上述的数据。

首次连接方波-三角波电路时失败了，出现的是一个失真严重的“四不像”。

在咨询老师以后，得知稳压管的使用方法出现错误，面包板的使用也出现问题（上下两侧的面包板五组二十五个孔是连通的），这样就出现了很严重的错误，布局也需要重新调整，只有拆掉重连。

重连之后，发现方波的宽度很窄，而且不好调整，于是把C由0.01uF换成0.1uF，拓宽了波形。

之后三角波，正弦波的输出较为顺利。

不足之处在于方波没有正好达到12V，约为12.8V，在实验过程中我以为是稳压管有误差，因为在换几个电阻之后没有明显的变化。

验收时老师告知这样不合要求，可以连接一个分压电路达到目标。

细想一下的确是自己考虑不足，对电路理解不够深刻，也有些偷懒没有仔细的钻研。

实验得出的波形如图：

方波

三角波

正弦波

参考文献：

1）电子电路基础刘宝玲

2）北京邮电大学电子综合设计实验教程北京邮电大学电路中心

元件参数：