多波形信號發(fā)生器

⑥解得R3=R4=-4R=52K，可用39K和13K串聯(lián)。本實踐項目濾波器的作用，將三角波濾波后得到正弦波。因三角波是周期性的非正弦波，但根據(jù)信號理論，任何周期性的非正弦波都可以認為是多種正弦波的組合，這些正弦波稱為基波和諧波，可以用傅立葉級數(shù)求出，一只周期為T（頻率為fo），幅度為Um，對稱時間軸的三角波展開成傅立葉級數(shù)結(jié)果為從以上結(jié)果可以知道，除基波分量外，諧波分量有3fo，5fo，7fo，9fo，……，等等，但隨著諧波次數(shù)的增加，幅值顯著減小，因此我們可以設(shè)計一只截止頻率比三角波頻率稍為高一點的濾波器，這樣，三角波通過濾波后就只有基波了，其它諧波都被濾波器濾掉了，輸出的就是基波，也就是頻率與三角波頻率相同的正弦波了。濾波器的階數(shù)越高，通過濾波的方法得到的正弦波就越標準，也就是失真度越小。整體電路解說：電路原理如圖所示，運放U1A，U1B及電阻R1，R2，R3，R4，電容C1，二只發(fā)光二極管構(gòu)成脈沖信號及三角波信號發(fā)生器，從點a和占b都可輸出脈沖波，從U1B輸出端輸出三角波，脈沖波的頻率與三角波的頻率相同，都是由R1，R2，R4和C1決定的，其關(guān)系式在前面的討論中已經(jīng)給出了詳細的結(jié)果。運放U2A構(gòu)成電壓跟隨器，起隔離作用，運放U2B及電阻R5，R6，R7，R8，R9，R10構(gòu)成低通濾波器，設(shè)計的截止頻率為1200Hz。從圖中可知，讓脈沖波或者三角波信號加到低通濾波器后，這二種波中所包含的諧波成分都被濾掉，就只保留其基波，所以從濾波器輸出的信號為正弦波信號。運放U3A和U3B構(gòu)成的電路與運放U2A和U2B構(gòu)成的電路完全相同，其作用也完全相同，采用二級濾波電路，只不過是讓濾波效果更好。由運放U4A構(gòu)成的電路就是正弦波信號發(fā)生器，在前面已經(jīng)介紹，不再多講。多波形信號發(fā)生器（實踐制作測試部分）仔細研究電路原理圖，電路中有三片集成塊LM358，共有六只運算放大器，弄清楚它們各自的兩只輸入端（同相輸入端的反相輸入端）和一只輸出端，并弄清楚它們各自的作用。一只運算放大器是用于比較器并同時產(chǎn)生脈沖波（注意到比較器的一端電位是固定的，另一端的電位是變化的，分析這一端的電位變化過程是理解本電路工作原理的關(guān)鍵所在）；一只運算放大器是用于積分電路并同時產(chǎn)生三角波（這部分電路的分析主要是電容器的充放電過程的分析以及隨著電容器充放電過程的進行其電容器電壓的變化和輸出電壓的變化）；電路中，三角波（包括脈沖波）的頻率是由電容器C3和電阻器R4及與R4并聯(lián)的電阻R7，R8，R9，R10共同決定的（保證幅度不變的前提下，若不考慮這只因素，改變R2，R1也是可以改變頻率的），所以我們可以通過改變電容C1調(diào)節(jié)粗調(diào)電路的基準頻率f1，通過改變拔碼開關(guān)S的狀態(tài)（也就改變了等效電阻R4的電阻值）細調(diào)電路頻率。下面對頻率進行定量的計算。基準頻率（拔碼開關(guān)全斷開），根據(jù)式和本電路具體結(jié)構(gòu)可得：計算細調(diào)步進頻率（R4并電阻時，總電阻減小，從前面結(jié)論可知，頻率升高，而且所并電阻阻值越小時，升高的頻率頻率就越多，可見，并上的電阻值最大時，升高的頻率最低），現(xiàn)計算并上電阻60K時的頻率：即：即：按照上面同樣的討論方法，可以得，并上電阻30K時，按照上面同樣的討論方法，可以得，并上電阻15K時，按照上面同樣的討論方法，可以得，并上電阻7.5K時，若開關(guān)狀態(tài)N用0--15表示，0000代表0，0001代表1，，1111代表15，則信號頻率為例：取C3=0.01uF時，f0=1136Hz，步進190Hz。取C3=0.1uF時，f0=114Hz，步進19Hz。取C3=0.022uF時，f0=516Hz，步進66Hz。取C3=0.033uF時，f0=344Hz，步進57Hz。二只運算放大器構(gòu)成一級二階低通濾波器（其中一只運算放大器用于隔離，此處未畫出），其中R20，R21，C10，C11決定了電路的截止頻率，我們可以保持電阻不變，而只改變電容的辦法來改變電路的截止頻率。其中R就是電阻R20，R21（二電阻相同）的電阻值，C就是電容C10，C11（二電容的容量相同）的電容值。實驗時，根據(jù)三角波信號的頻率決定低通濾波器的截止頻率，再計算電容的容量。原理圖上參數(shù)是對應(yīng)C3=0.01uF時，拔碼開關(guān)全斷開時的狀態(tài)所取的，此時截止頻率為1220Hz。為什么這樣??？能不能取截止頻率為2000Hz，3000Hz，4000Hz？請實驗者思考。一只運算放大器構(gòu)成正弦波信號發(fā)生器，一只運算放大器構(gòu)成正弦波信號的反相比例放大器。這只電路是課程中介紹比較詳細的電路，所以其電路工作原理與理論計算在這里從略。將其討論過程以及設(shè)計過程寫入報告中。仔細研究印刷電路板，在本印刷電路板上將要裝配的器件有：普通1/4W電阻器，瓷片電容器，發(fā)光二極管，運放集成塊LM358，輸入和輸出接口等等。請仔細研究印刷電路上的圖形或符號，確定各位置所裝配的是何種元件。若是發(fā)光二極管，還要弄清板上的對應(yīng)“+”極和“-”極，對于集成塊LM358，要弄清楚各腳在印刷板上的相應(yīng)位置。仔細研究元器件，各電阻器及其阻值，精度，功率，電阻阻值可從電阻上所標的色碼直接讀出，或者用萬能表的歐姆檔直接測量確定。各瓷片電容的電容量（標注在電容上）。各發(fā)光二極管及其”+””-“極。集成塊LM358的腳編號1，2，3，4，5，6，7，8的確認。附：元器件表編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格R122KR1218KR2339KC9103J3座R210KR1315KR2413KC10接口Rf接口R32KR1415KR2539KC11接口R接口R410KR1530KC1103D1LED電阻2MR57.5KR1630KC2103D2LEDR67.5KR177.5KC3接口D34148R762KR183KC4103D44148R830KR193KC5103S開關(guān)R915KR2013KC6103U1358R107.5KR2113KC7103U2358R1110KR2213KC8103U3358Rf接口是為了方便實驗者更進一步調(diào)節(jié)基準頻率而設(shè)計的，實驗者可以在這只接口上插接電阻（這只電阻與R4是并聯(lián)的），而調(diào)試基準頻率。R接口是為了方便實驗者調(diào)節(jié)正弦波信號幅度而設(shè)計的，實驗者可以在這只接口上插接電阻（這只電阻與R16是并聯(lián)的），而調(diào)試信號幅度。元器件匯總：貼片電阻22K1只，10K3只，2K1只，7.5K4只，62K1只，30K3只，15K3只，18K1只，3K2只，13K4只，39K2只直插電阻2M1只30K1只電容10311只。10uF2只發(fā)光二極管2只。二極管４１４８２只。四位拔碼開關(guān)１只。LM358３片。接口4P。排針8P。3P接口１個，3P接線１根。IC座8P3個。認真焊接。按照印刷板上器件編號找到相應(yīng)的元件，按以下順序焊接：電阻，IC座，瓷片電容，發(fā)光二極管，接口。焊接過程中注意以下問題：１各發(fā)光二極管”+””-“極。２集成塊LM358的腳1，2，3，4，5，6，7，8在印刷板上的對應(yīng)位置。３J1要與前后續(xù)電路的輸入輸出電源接口方位相一致，因此要注意其方位。不要接錯電源。仔細觀察各焊接點，檢查有無短路現(xiàn)象和虛焊現(xiàn)象。認真測量。在觀察所焊接的電路板處于正常狀態(tài)后，將12V和-12V電源接入到J1接口。認真觀察：兩只發(fā)光二極管是否正常發(fā)光。在不改變C3和R4的條件下，用示波器測量三角波信號的幅度和頻率。濾波器分別接入脈沖波和三角波，測量二只濾波器的輸出信號波形。測量正弦波幅度，改變R16(方法是在R接口上插上一個電阻)，測量正弦波信號幅度。在改變C1和R4的條件下，用示波器測量三角波信號的幅度和頻率。測量三角波頻率，改變R4(方法是改變拔碼開關(guān)的狀態(tài))，測量信號頻率。改變C3的辦法是在C3接口上插上不同容量的電容器。設(shè)計表格并將實驗測量值，理論值，對應(yīng)的可調(diào)電阻，可調(diào)電容值記錄在表格中。思考：若希望步進頻率為基準頻率的十分之一，則電阻R7，R8，R9，R10如何選取。貼片電阻的焊接：本實踐項目中有多個貼片電阻需要焊接。1貼片電阻的識別本項目貼片電阻的封裝全是0805。阻值的標注用的是數(shù)碼法，如103就是在10后面加三個0，所以是10K電阻如222表示是22后面加二個0，所以是2200歐姆。外形如圖所示。2貼片電阻的焊接在焊接前應(yīng)對要焊的PCB進行檢查，確保其干凈。對其上面的表面油性的手印以及氧化物之類的要進行清除，從而不影響上錫。手工焊接PCB時，用手固定PCB板，值得注意的是避免手指接觸PCB上的焊盤影響上錫。貼片元件的固定是非常重要的。根據(jù)貼片元件的管腳多少，其固定方法大體上可以分為兩種——單腳固定法和多腳固定法。對于管腳數(shù)目少（一般為2-5個）的貼片元件如電阻、電容、二極管、三極管等，一般采用單腳固定法。即先在板上對其的一個焊盤上錫。然后左手拿鑷子夾持元件放到安裝位置并輕抵住電路板，右手拿烙鐵靠近已鍍錫焊盤熔化焊錫將該引腳焊好。焊好一個焊盤后元件已不會移動，此時鑷子可以松開。焊接剩下的管腳