函數(shù)信號發(fā)生器的設計與調試

1、 北京郵電大學數(shù)字電路與邏輯設計實驗報告課題名稱：函數(shù)信號發(fā)生器的設計與調試姓名：學號：班級：學院：實驗指導教師： 摘要：方波三角波產(chǎn)生電路采用了運放組成的積分電路，可得到比較理想的方波和三角波信號。利用二極管的單向導電性來改變積分電路的充放電時間常數(shù)，從而實現(xiàn)占空比的要求。三角波-正弦波的轉換是利用差分放大器來完成的，選取合適的滑動變阻器來調節(jié)三角波的幅度以及電路的對稱性。同時利用隔直電容、濾波電容來改善輸出正弦波的波形。關鍵詞：方波 三角波 正弦波 函數(shù)信號發(fā)生器一、 實驗任務設計制作一個函數(shù)信號發(fā)生器電路，該電路能夠輸出頻率可調的正弦波、三角波和方波信號。（1）信號輸出頻率能在1kHz1

2、0kHz范圍內連續(xù)可調，無明顯失真；（2）方波輸出電壓Uopp=12V，上升、下降沿小于10us，占空比可調范圍30%-70%；（3）三角波信號輸出電壓Uopp=8V；（4）正弦波信號輸出電壓Uopp1V；二、設計思路1.系統(tǒng)組成框圖函數(shù)信號發(fā)生器的總體框圖如圖所示，它是由方波三角波產(chǎn)生電路、三角波正弦波轉換電路和電源電路三部分組成的。2.主要單元電路設計（1）方波三角波產(chǎn)生電路方波三角波產(chǎn)生電路如圖所示。由于采用了運放組成的積分電路，可得到比較理想的方波和三角波。該電路振蕩頻率和幅度便于調節(jié)，輸出方波幅度的大小由穩(wěn)壓管VDW1、VDW2的穩(wěn)壓值Uz以及導通壓降Ud決定，即方波幅度限制在

3、77;（Uz+Ud）之間。方波經(jīng)積分得到三角波，幅度為U02m=±R1Rf(Uz+Ud)?？梢姼淖僐1與Rf的比值可調節(jié)三角波幅度的大小。方波和三角波的振蕩頻率相同，為f=1T=Rf4R1R2C，式中為電位器Rw的滑動比（即滑動頭對地電阻與電位器總電阻之比）?？梢娬{節(jié)Rw可改變振蕩頻率。為的變化范圍大，使輸出頻率在要求范圍之內，故實驗中選取的Rw值為10K。電路元件的確定 根據(jù)所需振蕩頻率的高低和對前后沿陡度的要求，選擇電壓轉換速率SR合適的運放。在實驗中選取運放LM318產(chǎn)生方波信號，選取UA741產(chǎn)生三角波信號。 根據(jù)所需輸出方波幅度的要求，選取2DW232作為合適的穩(wěn)壓管，選取

4、限流電阻Ro為2k。 根據(jù)輸出三角波的幅度要求，選取R1為18k,選取Rf為30k。R3的阻值為R1與Rf的并聯(lián)電阻，為12k。（R1=Uo2mUz+UdRf） 根據(jù)所要求的振蕩頻率要求，選取R2為4.7k，電容C為0.01uF。R4為平衡電阻，應取相同的阻值，即4.7k。為實現(xiàn)占空比的要求，應改變積分電路的充、放電時間常數(shù)，利用二極管D3、D4的單向導電性，調節(jié)電位器Rp4的阻值來改變充放電時間之比，從而實現(xiàn)占空比。選取電位器阻值為10k，占空比為R2/(R2+Rp4)。（R2C=Rf4fR1）(2)三角波正弦波轉換電路利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，實現(xiàn)三角波正弦波變換的過程如圖所示。

5、由上圖可見： 差分放大器傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好； 三角波的幅度應正好使晶體管接近截止區(qū)。下圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。圖中RP2調節(jié)三角波的幅度，為滿足實驗要求，其可調范圍應該比較大，故取Rp2=10k。RP3調整電路的對稱性，取100的電位器。并聯(lián)電阻RE用來減小差分放大器傳輸特性曲線的線性區(qū)，取阻值為100。電容C1，C2，C4為隔直流電容，為達到良好的隔直流、通交流的目的，其容值應該取的相對較大，取C1=C2=C3=100uF。C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出正弦波的波形，取C4=0.68uF。差分放大器具有很高的共模抑制比，被廣泛的應用于集成電路中，常作為輸入級

6、或中間放大級。（1）確定靜態(tài)工作點電流Ic1、Ic2和Ic3靜態(tài)時，差動放大器不加入輸入信號，對于電流鏡Re3=Re4=ReIr=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/Ic4= Ic3而 Ir= Ic4= Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/(R+Re4)上式表明恒定電流Ic3主要由電源電壓Ucc、Uee和電阻R、Re4決定，與晶體管的參數(shù)無關。由于差動放大器得靜態(tài)工作點主要恒流源決定，故一般先設Ic3。Ic3取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的輸入阻抗越高。但Ic3取值也不能過小，一般為幾個毫安。本實驗中，取 Ic3 為1mA，則有 Ic1 = I c2=Ic

7、3/2=0.5mA。（2）差模特性Rp3取值不能太大，否則負反饋太強，放大倍數(shù)太小，本實驗中取100的電位器，用來調整差分放大電路的對稱性。（3）恒流源電路中電阻Re3、Re4和R的確定由 R+R e=（Ucc +U ee -Ube ） /I r，其中Ucc為12V，Uee 也為12v，Ube的典型值為0.7V，Ir為1mA。實驗中取 R=20K，Re4 =2K。為使兩管輸入保持對稱，取Re3 =Re4 =2K。Rb1與Rb2為平衡電阻，取值為Rb1= Rb2=3.3K。流進T1，T2集電極電流為0.5mA，為滿足其正弦波的幅度大于1V，取Rc1= Rc2=5.6k，使得電流流經(jīng)Rc2的電壓降

8、不至于很大。3.電路原理圖三、功能實現(xiàn)1.調試調節(jié)Rp1可以實現(xiàn)三種波形的頻率變化要求，調節(jié)Rp4可實現(xiàn)方波的占空比要求；Rp3在中間阻值左右調節(jié)，調節(jié)差放的平衡，實現(xiàn)電路波形的對稱性；調節(jié)Rp2可調節(jié)三角波的幅度，使其正好接近三極管的截止區(qū)，實現(xiàn)正弦波的平滑、完美的輸出。2.方波3.三角波4.正弦波5.主要測試數(shù)據(jù)方波的峰峰值為14.3V，大于實驗要求的峰峰值，存在誤差，上升、下降時間小于10us。方波占空比在較大的范圍內連續(xù)可調。三角波的峰峰值為8.4 V，與實驗要求基本符合。正弦波的峰峰值為5.9V，大于1V，符合實驗要求。三種波形的頻率在012kHz范圍內連續(xù)可調，無明顯失真。四、實驗

9、過程剛開始做這個實驗時，并沒有整體的概念。對于實驗內容一片茫然，并不知道該怎么做。本次實驗共有四周時間。第一周由老師講解了電路及電路搭建的基本知識，在老師的指導下學會使用dxp軟件搭建電路，知道了電路設計的基本過程。同時，我們也各自選擇了自己的實驗課題，并學習實驗原理，開始實驗設計。第二周開始從網(wǎng)上查找資料，學習電路元件的基礎知識。通過電路元件的基本參數(shù)，明確了其不同使用范圍。經(jīng)過調研，計算確定了電阻、電容、電位器的值，并用dxp畫出實際的電路圖。第三周我們正式開始使用面包板搭建電路。由于本人第一次使用面包板搭建這么復雜的電路，導致本人的搭建的電路地亂七八糟，各種導線在面包板上竄來飛去，連我自

10、己也搞不清電路的真正連線。結果在預想之中，我接上直流電源之后，電源輸出亮起了紅燈，無法正常輸入到電路中。老師也指出了我這種搭建電路的方法不對，于是我第一次搭建電路以失敗告終。看到其他同學的電路搭建得很漂亮，導線并沒有像我的一樣亂走，于是我改進了電路搭建的方法。我從兩邊往中間布置電路，盡量使導線不橫跨，電阻、電容有規(guī)則的分布，寧愿多走導線也不取巧。我通過導線把接地、正電源、負電源均接到面板的最上面和最下面的部分，最后只連出三根導線。電路搭建也宣告完成。然后就是開始測試的部分。我把電源接上，電源輸出正常，但示波器始終沒有波形。我馬上想到是電路連接錯誤。我仔細檢查了電路，發(fā)現(xiàn)了有些該連接在一起的地方

11、并沒有連接，導致電路并沒產(chǎn)生預想的波形。經(jīng)過認真檢查改進之后，我終于從示波器上看到了完美的方波和三角波的波形，我心里小小地興奮了一把。接著，我又開始測試正弦波。示波器上有波形顯示，但波形已經(jīng)嚴重變形，根本看不出是正弦波。我明白，電路的平衡性已經(jīng)三角波的幅度均還未調節(jié)。于是，我將平衡電位器調到中間阻值，從示波器中觀察波形，同時將電位器進行左右調節(jié)，使電路波形對稱。接下來，調節(jié)三角波幅度電位器，但示波器波形始終沒有發(fā)生變化。于是，我將電位器取出，進行大幅度調動，當我將電位器接上的時候，示波器上立刻就有了較為完美的正弦波形。我大為興奮，繼續(xù)調節(jié)，使正弦曲線整潔平滑。最后，我調節(jié)了頻率電位器和占空比電

12、位器，均取得了預想的效果。至此，我的電路搭建與調試正式完成。第四周是電路的驗收與答辯。由于這幾周的電路設計調試，我對該電路有了較為深刻的認識，電路波形的顯示與調節(jié)均正常完成，答辯也比較輕松地通過。最終，我的電路通過了驗收，這幾周的努力也沒有白費，取得了意想中的結果。五、實驗總結在四周的實驗中，我遇到了很多問題，通過與同學的通力合作和詢問老師解決了問題。我掌握了電路搭建的方法，鍛煉了工程設計與實踐動手能力，提升了自身對于電子電路的認識。本次實驗歷盡坎坷，我從中學到了很多知識，這是在課堂上聽老師講所學不到的。實驗由我們自己查找資料，根據(jù)所學知識確定元件參數(shù)，老師不會全程講解，我們必須通過自己調研完成電路設計。總而言之，我從這次實驗中學到了很多，對我以后的學習大有裨益。附錄電路板