北邮通电实验报告.docx
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北邮通电实验报告
北京邮电大学
电子电路综合设计实验
实验报告
课题名称：
函数信号发生器的设计与调测
院系：
通信工程
班级：
2012211119
学号：
姓名：
班内序号：
摘要：
本实验要求实现生成合适幅度和频率的方波、三角波、正弦波。
方波三角波发生器由集成运放电路构成，包括比较器与RC积分器组成。
方波发生器的基本电路由带正反馈的比较器及RC组成的负反馈构成，三角波主要由积分电路产生。
三角波转换为正弦波，则是通过差分电路实现。
该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度大小由稳压管的稳压值决定，方波经积分得到三角波，而正弦波发生电路中两个电位器实现正弦波幅度与电路的对称性调节，实现较理想的正弦波输出波形。
关键词：
函数信号发生器、方波、三角波、正弦波
设计任务要求：
设计一个方波-三角波-正弦波信号发生器，供电电源为±12V。
信号输出频率能在1~10kHz范围内连续可调，无明显失真。
方波信号输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升下降沿小于10us。
三角波信号输出电压Uopp=8V（误差小于20%）。
正弦波信号输出电压Uopp≥1V，无明显失真。
设计思路及总体结构框图：
原理框图：
设计函数发生器实现方波、三角波和正弦波的输出，其可采用电路图有多种。
此次实验采用滞回比较器生成方波，RC积分器生成三角波，差分放大器生成正弦波。
利用电位器实现频率和正弦波幅度的调节。
由比较器与积分器组成的方波三角波发生器，比较器输出的方波信号经积分器生成三角波，再经由差分放大器生成正弦波信号。
其中方波三角波生成电路为基本电路，添加电位器调节其频率。
正弦波生成电路采用差分放大器，由于差分放大电路具有工作点稳定、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。
系统的组成框图：
分块电路和总体电路的设计：
方波三角波信号发生电路：
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Uz和导通压降Ud决定，即限制在±（Uz+Ud）之间。
方波经积分得到三角波，幅度为R1/Rf*（Uz+Ud）。
由于要求三角波输出峰峰值为8V，方波输出峰峰值为12V，所以选择R1/Rf约为2/3，在本电路中选择R1为10kΩ，Rf为16kΩ。
因为要求电路频率在1k到10kHZ之间可调，所以在电路中采用一个10kΩ电位器，频率f=αRf/4R1R2C，由此初步选定电阻R2和电容C的值，调节电位器可以改变电路频率，同时给电位器串联一保护电阻，以防电路出现问题。
电路元件的选择：
根据所需振荡频率的高低和对方波上升下降沿的要求，选择电压转换速率合适的运放。
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Ro的大小。
根据输出三角波的幅度要求，确定R1与Rf的大小。
根据所要求的振荡频率确定R2和C的值。
三角波-正弦波发生电路：
实验采用差分放大电路，利用差分放大器传输特性曲线的非线性，以实现三角波转换为正弦波。
差分放大电路的传输特性曲线如下图：
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。
传输特性曲线的表达式为：
式中α=Ic/Ie≈1，Io为差分放大器的恒定电流，UT为温度的电压当量，当室温为25度时，UT≈26mV。
电路利用Rp2调节正弦波的幅度，Rp3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。
总体电路：
所实现功能说明：
通过示波器观察输出波形以及它们的幅度和频率。
功能一：
输出方波，峰峰值为12V，上升下降沿小于10us。
在实际电路测量中，得到峰峰值为13.2V，上升下降沿为2.8us的方波，结果在误差范围内。
其仿真结果如下：
功能二：
输出峰峰值为8V的三角波。
在实际电路测量中得到峰峰值为9.2V的三角波，结果在误差范围内。
其仿真结果如下：
功能三：
输出峰峰值大于1V的正弦波，无明显失真。
实际电路测量通过调节电位器在各个频率点上能够得到峰峰值大于1V的正弦波。
其仿真结果如下：
功能四：
电路频率在1k到10kHz内可调，实际电路能够达到1k到14k的频率调节。
故障及问题分析
初步搭建电路测量之后，发现频率偏大，不能达到1k，和频率有关的元件有R1、Rf、R2、和电容C。
经过多次试验，通过改变R2的大小，使频率达到合适的范围内。
正弦波出现失真，通过改变电容的值能够一定程度上消除失真，通过调节电位器改变正弦波的幅度，进一步是波形稳定。
总结和结论
经过四周的实验课，我掌握了常用元件的识别和测试，熟悉了常用的仪器仪表，了解了面包板上电路搭建方法，以及如何提高电路的性能的方法。
由电子电路基本实验到电子电路综合实验，由模电的知识到实际的电路设计，我看到了理论和实际的差别，并在实际中通过不断的调整元件参数，完成电路功能。
在函数信号发生器实验过程中，我们只有电路图，并没有元件参数，通过搜索资料，和同组同学的讨论，确定了参数，并经过多次试验调整最终得到结果。
经过这次试验，我学会了方波三角波正弦波的产生方法，并了解了在理论之外实践的重要性。
Multsim绘制的原理图和仿真图
所用元器件及测试仪表清单
运算放大器：
UA741，LM318各一个
晶体管：
8050四个
稳压管一个
R1
Rf
RO
R2
R3
R4
Rb1
Rb2
RC1
10KΩ
16KΩ
430Ω
2KΩ
1KΩ
2KΩ
51Ω
51Ω
7.5KΩ
RC2
R
RE
Re3
Re4
7.5KΩ
18KΩ
100Ω
5.1KΩ
5.1KΩ
电位器：
Rp110kΩRp2100KΩRp310KΩ
电容：
C
C1
C2
C3
C4
0.01μF
10μF
0.1μF
0.01μF
0.1μF
测试仪表：
示波器、直流稳压电源、万用表、面包板
参考文献：
电子电路基础高等教育出版社
电子测量与电子电路实践科学出版社
摘要：
本实验要求实现生成合适幅度和频率的方波、三角波、正弦波。
方波三角波发生器由集成运放电路构成，包括比较器与RC积分器组成。
方波发生器的基本电路由带正反馈的比较器及RC组成的负反馈构成，三角波主要由积分电路产生。
三角波转换为正弦波，则是通过差分电路实现。
该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度大小由稳压管的稳压值决定，方波经积分得到三角波，而正弦波发生电路中两个电位器实现正弦波幅度与电路的对称性调节，实现较理想的正弦波输出波形。
关键词：
函数信号发生器、方波、三角波、正弦波
设计任务要求：
设计一个方波-三角波-正弦波信号发生器，供电电源为±12V。
信号输出频率能在1~10kHz范围内连续可调，无明显失真。
方波信号输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升下降沿小于10us。
三角波信号输出电压Uopp=8V（误差小于20%）。
正弦波信号输出电压Uopp≥1V，无明显失真。
设计思路及总体结构框图：
原理框图：
设计函数发生器实现方波、三角波和正弦波的输出，其可采用电路图有多种。
此次实验采用滞回比较器生成方波，RC积分器生成三角波，差分放大器生成正弦波。
利用电位器实现频率和正弦波幅度的调节。
由比较器与积分器组成的方波三角波发生器，比较器输出的方波信号经积分器生成三角波，再经由差分放大器生成正弦波信号。
其中方波三角波生成电路为基本电路，添加电位器调节其频率。
正弦波生成电路采用差分放大器，由于差分放大电路具有工作点稳定、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。
系统的组成框图：
分块电路和总体电路的设计：
方波三角波信号发生电路：
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Uz和导通压降Ud决定，即限制在±（Uz+Ud）之间。
方波经积分得到三角波，幅度为R1/Rf*（Uz+Ud）。
由于要求三角波输出峰峰值为8V，方波输出峰峰值为12V，所以选择R1/Rf约为2/3，在本电路中选择R1为10kΩ，Rf为16kΩ。
因为要求电路频率在1k到10kHZ之间可调，所以在电路中采用一个10kΩ电位器，频率f=αRf/4R1R2C，由此初步选定电阻R2和电容C的值，调节电位器可以改变电路频率，同时给电位器串联一保护电阻，以防电路出现问题。
电路元件的选择：
根据所需振荡频率的高低和对方波上升下降沿的要求，选择电压转换速率合适的运放。
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Ro的大小。
根据输出三角波的幅度要求，确定R1与Rf的大小。
根据所要求的振荡频率确定R2和C的值。
三角波-正弦波发生电路：
实验采用差分放大电路，利用差分放大器传输特性曲线的非线性，以实现三角波转换为正弦波。
差分放大电路的传输特性曲线如下图：
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。
传输特性曲线的表达式为：
式中α=Ic/Ie≈1，Io为差分放大器的恒定电流，UT为温度的电压当量，当室温为25度时，UT≈26mV。
电路利用Rp2调节正弦波的幅度，Rp3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。
总体电路：
所实现功能说明：
通过示波器观察输出波形以及它们的幅度和频率。
功能一：
输出方波，峰峰值为12V，上升下降沿小于10us。
在实际电路测量中，得到峰峰值为13.2V，上升下降沿为2.8us的方波，结果在误差范围内。
其仿真结果如下：
功能二：
输出峰峰值为8V的三角波。
在实际电路测量中得到峰峰值为9.2V的三角波，结果在误差范围内。
其仿真结果如下：
功能三：
输出峰峰值大于1V的正弦波，无明显失真。
实际电路测量通过调节电位器在各个频率点上能够得到峰峰值大于1V的正弦波。
其仿真结果如下：
功能四：
电路频率在1k到10kHz内可调，实际电路能够达到1k到14k的频率调节。
故障及问题分析
初步搭建电路测量之后，发现频率偏大，不能达到1k，和频率有关的元件有R1、Rf、R2、和电容C。
经过多次试验，通过改变R2的大小，使频率达到合适的范围内。
正弦波出现失真，通过改变电容的值能够一定程度上消除失真，通过调节电位器改变正弦波的幅度，进一步是波形稳定。
总结和结论
经过四周的实验课，我掌握了常用元件的识别和测试，熟悉了常用的仪器仪表，了解了面包板上电路搭建方法，以及如何提高电路的性能的方法。
由电子电路基本实验到电子电路综合实验，由模电的知识到实际的电路设计，我看到了理论和实际的差别，并在实际中通过不断的调整元件参数，完成电路功能。
在函数信号发生器实验过程中，我们只有电路图，并没有元件参数，通过搜索资料，和同组同学的讨论，确定了参数，并经过多次试验调整最终得到结果。
经过这次试验，我学会了方波三角波正弦波的产生方法，并了解了在理论之外实践的重要性。
Multsim绘制的原理图和仿真图
所用元器件及测试仪表清单
运算放大器：
UA741，LM318各一个
晶体管：
8050四个
稳压管一个
R1
Rf
RO
R2
R3
R4
Rb1
Rb2
RC1
10KΩ
16KΩ
430Ω
2KΩ
1KΩ
2KΩ
51Ω
51Ω
7.5KΩ
RC2
R
RE
Re3
Re4
7.5KΩ
18KΩ
100Ω
5.1KΩ
5.1KΩ
电位器：
Rp110kΩRp2100KΩRp310KΩ
电容：
C
C1
C2
C3
C4
0.01μF
10μF
0.1μF
0.01μF
0.1μF
测试仪表：
示波器、直流稳压电源、万用表、面包板
参考文献：
电子电路基础高等教育出版社
电子测量与电子电路实践科学出版社
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