王永威综合性实验报告.docx
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王永威综合性实验报告
综合性实验报告
题目：
函数信号发生器
班级：
JS001005
学号：
2010300129
姓名：
王永威
合作者：
王昭
综合性实验：
函数信号发生器
一、实验目的
（1）掌握正弦波、方波、三角波等信号发生电路的工作原理和设计方法。
（2）进一步熟悉和掌握集成运算放大器电路在复杂电路中的应用。
（3）进一步熟悉和掌握仿真软件在电路设计与调试中的作用。
（4）熟悉并掌握综合电路的基本调试技巧和方法。
（5）了解单片集成函数发生器ICL8038的基本原理。
二、实验原理和电路
函数发生器能够自动发生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等波形。
波形产生的方案得到有多种，如先产生方波，再积分得到三角波，再得到正弦波。
或先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波换成方波，再由积分电路得到三角波。
在电路实现上可以用集成运算放大器和晶体管实现，也可以用集成电路（如单片集成函数发生器ICL8038）等。
本次实验中，采用集成运算放大器实现方波-三角波的生成。
图综--1所示的电路能够自动产生方波-三角波。
图综---1方波-三角波发生电路
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
………..
（1）
将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为
……………………………………………..
（2）
若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为
………………………………………………（3）
比较器的门限宽度
…………………………………………………..（5）
由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图综--2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
…………………………………………………...（6）
当
时，
………………………………….（7）
时，
…………………………………….（8）
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
图综—2比较器电压传输特性
图综--3方波-三角波
方波的输出幅度约等于电源的电压+VCC，三角波的输出幅度不大于电源电压+VCC，电位器RP1可以实现幅度微调，但会影响频率。
调节RP1在改变波形频率的同时一般不会影响波形的幅度。
若要求输出波形频率范围可变，则可用改变C1实现频率的粗调，调节RP2实现频率的微调。
三、实验内容及步骤
按图综--4连接好方波-三角波实验电路，启动仿真按钮。
图综--4函数发生器仿真电路图
（1）当C1=1μF时。
用示波器观察VO1（方波）和VO2（三角波）波形，测量波形的幅度和频率。
其波形如图综—5所示。
图综--5
调节电位器RP1（即R7），观察对VO1和VO2各幅值和频率的影响。
其结果如表一所示：
表一（C=1uf,R6=50%,调节R7）
R7
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.117
11.118
11.118
11.118
Vo1的周期/ms
111.007
111.007
110.075
110.075
Vo2的幅度/V
5.460
5.487
5.550
5.558
Vo2的周期/ms
111.007
111.007
110.075
110.075
调节电位器RP2（即R6），观察对VO1和VO2各幅值和频率的影响。
其结果如表二所示：
表二（C=5uf,R7=50%,调节R6）
R6
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.118
11.118
11.116
11.116
Vo1的周期/ms
1048.508
649.254
250.000
51.119
Vo2的幅度/V
5.537
5.531
5.550
5.550
Vo2的周期/ms
1048.508
649.254
250.000
51.119
（2）当C1=10μF时,重复
（1）的内容。
用示波器观察VO1（方波）和VO2（三角波）波形，测量波形的幅度和频率。
其波形如图综--6所示。
图综--6
调节电位器RP1（即R7），观察对VO1和VO2各幅值和频率的影响。
其结果如表三所示。
表三（C=10uf,R6=50%,调节R7）
R7
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.115
11.116
11.118
11.118
Vo1的周期/ms
1110.07
1110.07
1100.75
1100.75
Vo2的幅度/V
5.556
5.556
5.558
5.558
Vo2的周期/ms
1110.07
1110.07
1100.75
1100.75
调节电位器RP2（即R6），观察对VO1和VO2各幅值和频率的影响。
其结果如表四所示。
表四（C=10uf,R7=50%,调节R6）
R6
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.118
11.118
11.118
11.118
Vo1的周期/ms
2070.91
1287.32
500
103.55
Vo2的幅度/V
5.541
5.541
5.541
5.541
Vo2的周期/ms
2070.91
1287.32
500
103.55
（3）比较C1取不同值时对波形的影响。
为了比较C1取不同值时对波形的影响，除C1=1μF和C1=10μF外，我们还选取了C1=5μF时对VO1和VO2各幅值和频率的影响，其结果如表五和表六所示。
表五（C=5uf,R7=50%,调节R6）
R6
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.118
11.118
11.116
11.116
Vo1的周期/ms
1048.508
649.254
250.000
51.119
Vo2的幅度/V
5.537
5.531
5.550
5.550
Vo2的周期/ms
1048.508
649.254
250.000
51.119
表六（C=5uf,R6=50%,调节R7）
R7
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.115
11.118
11.112
11.114
Vo1的周期/ms
550.748
548.508
550.748
550.748
Vo2的幅度/V
5.541
5.541
5.556
5.556
Vo2的周期/ms
550.748
548.508
550.748
550.748
（4）调节RP3的值在示波器中观察并记录三角波变换为正弦波的波形、幅值、频率。
VO3和VO4在RP3=2%、3%和4%时所对应的波形分别如图综—7、综—8和综—9所示，其幅值和周期如表七所示。
表七
测定值R8
2%
3%
4%
VO3幅度/mv
95.3
134.6
170.1
周期/ms
548.5
269.0
550.4
VO4幅度/mv
4.29
5.0
5.137
周期/ms
548.5
269.0
550.4
图综—7
图综—8
图综—9
四、实验结果分析
（1）影响Vo1和Vo2幅度的因素有R7，影响Vo1和Vo2频率的因素包括C1、R6和R7。
而由公式（3）可得R7对Vo1和Vo2幅度的影响非常有限，所以实验结果几乎体现不出来；与此同时，C1、R6对Vo1和Vo2频率的影响非常明显，这也与上述频率公式的计算相符合，当然，R7对其的影响也是微乎其微，毕竟它的阻值只有50Ω.
（2）由表七的数据可得R8的大小对VO3和VO4的幅值和频率均有影响，且幅值随着R8的增大而增大。
五、注解
附录所示均为表格所对应的波形。
附录
附图一（C=1uf,R6=50%,R7=0%）：
附图二（C=1uf,R6=50%,R7=40%）：
附图三（C=1uf,R6=50%,R7=80%）：
附图四（C=1uf,R6=50%,R7=100%）：
附图五（C=1uf,R7=50%,R6=0%）：
附图六（C=1uf,R7=50%,R6=40%）：
附图七（C=1uf,R7=50%,R6=80%）：
附图八（C=1uf,R7=50%,R7=100%）：
附图九（C=5uf,R7=50%,R6=0%）：
附图十（C=5uf,R7=50%,R6=40%）：
附图十一（C=5uf,R7=50%,R6=80%）:
附图十二（C=5uf,R7=50%,R6=100%）:
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