函数发生器实验设计报告

《函数发生器实验设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《函数发生器实验设计报告（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 函数发生器设计实验实验报告小组成员： 黄文成习灿 方丹 指导老师: 刘亚琪 湖北经济学院电子工程系201212摘要：函数发生器是一种多波形的信号源，它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、甚至任意波形。当调节外部电路参数时，可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和 VCO 控制。可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛用于医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等领域。一、方案设计与论证方案（一）设计一个集成电路，由运算放大器及分离元件构成，第一部实现方波三角板产生电路，第二部分利用差分放大电路实现三角波-正弦

2、波的变换。 方案（二）利 用 单 片 集 成 芯 片 的 函 数 发 生 器 。方案（三）利 用 专 用 直 接 数 字 合 成 芯 片 的 函 数 发 生 器 。方案论证与选定方案（一）电路的性能好，而且使用能力强，工作范围大，可以直接对其进行调频调幅，但它对焊接工艺有一定要求。方案（二）能 产 生 多 种 波 形 ， 达到 较 高 的 频 率 ， 且 易 于 调 试 ， 但这种方案要求幅度和频率都可调。方案（三）能 产 生 任 意 波 形 并 达 到 很 高 的 频 率 ， 但 成 本 较 高 。 综合考虑上述各种因素，由于实验室条件和成本的限制，从简单而且便于购买的前提出发我们选择方案（

3、一）为我们最终的设计方案。二、 电路设计性能指示要求 输出波形 方波、三角波 、正弦波；频率范围 1Hz10Hz, 10Hz100Hz; 输出电压 方波 Vp-p24V，三角波 Vp-p=8V，正弦波 Vp-p1V； 波形特性 方波 tr1s(1kHz，最大输出时) 非线性失真系数 ： 三角波 2% ，正弦波 5% 函数发生器组成框图函数发生器实验电路图采用如图所示电路，其中运算放大器 A1与 A2用一只双运放 A747，差分放大器采用本章第三节设计完成的晶体管单端输入 单端输出差分放大器电路。因为方波的幅度接近电源电压，所以取电源电压+ VCC= +12V， VEE= 12V比 较 器 积

4、分 器 差 分 放 大 器 vo1 +12V 13 12 4 R3 20k 12V 47k 10k R2 2 R1 10k 1 RP2 R4 5.1k 10k 7 6 R5 10k A1 A2 9 4 C1 0F S C2 1F +12V vo2 10 C3 470F RP3 47k C4 470F RB1 6.8k T1 RC1 10k +12V RC2 10k C6* 0.1F C5 470F vo3 RB2 T2 6.8k 0 RP4 RE2 10 RE3 2k T3 T4 RE4 2k R 8k BG319 12V A74 1 2 A74 1 2 12V RP1 * + （一）方波三角

5、波 产生电路电路如图所示，集成运放 A1与 R1、 R2 、R 3、 RP1组成电压比较器。运放的反相端接基准电压，即 V=0; 同相端接输入电压 via；比较器的输 vo1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) 。当输入端 V+ =V- =0 时，比较器翻转，V 01从+Vcc 跳到-Vee，或从-Vee 跳到Vcc。 a 点断开后，运算放大器 A2与 R4、RP 2、 R5 、C 2 组成反相积分器；a 点闭合，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波，其波形如下图所示： 当比较器的门限电压为 Via+ 时输出 Vo1为高电平（+Vcc)。这时积

6、分器开始反向积分，三角波 Vo2 线性下降；当 Vo2下降到比较器的下门限 电 位 V ia 时，比较器翻转，输出 Vo1由高电平跳到低电平。这时积分器又开始正向积分，V o2线性增加。如此反复，就可自动产生方波三角波。 VC R2 3+P1 VE R2 R3+P1 o VE t T T 2 T 4 vo vo1 vo2 计算元件参数比较器 A1与积分器 A2的元件参数计算如下： 取 R2=10k，取 R3=20k, RP1=47k,平衡电阻 R1= R2/(R3+RP1)10k 由输出频率的表达式得 当 1Hzf10Hz 时，取 C2=10F，R 4=5.1k，RP 2=100k ；当 10

7、Hzf100Hz 时，取 C2=1F，以实现频率波段的转换 ；R 4及 RP2的取值不变，取平衡电阻 R5=10k三角波正弦波电路的参数选择原则是：隔直电容 C3、C 4、C 5要取得较大，因为输出频率很低，取 C3= C4= C5=470f，滤波电容 C6的取值视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，则 C6一般为几十皮法至 0.1F。R E2=100 与RP4=100 相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性 曲线、调整 RP4及电阻 R*来确定。 （二）三角波正弦波 变换电路 RB1 6.8k RC1 10k 12V VCC RC2 10k RL 20k

8、 RB2 6.8k T1 T2 RP1 47 i0 T3 T4 RP2 10k 5.1k RE4 2k RE3 2k VEE 12V BG319 已知性能指标 Rid20k， AVD20， KCMR60dB，根据要求 KCMR60dB，即要求电路的对称性要好，应采用集成差分对管 BG319（ BG319 内部有 4 只特性完全相同的管子）或挑选三极管性能参数较一致的 3DG130、3DG100 等。根据题目要求，采用具有恒流源的单端输入双端输出差分放大电路，如上图所示设置静态工作点并计算元件参数 T1、T 2、T 3、T 4为 BG319 的 4 只晶体管， 1=2=3=4=60 静态工作点

9、Q 点主要由恒流源 i0值决定，一般先设定 I0， I0越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高，但不能太小，一般为几毫安，故取 I0=1mA。 IR= I0=1mA， IC1= IC2= I0/2=0.5mA 要求 Rid20k Rid=2(RB1+ rbe)20k 则 RB16.6k 取 RB1= RB2=6.8k 要求 AVD20 取 AVD=30 故取 RC1= RC2=10k 计算恒流源电路参数： R+RE=11.3k 取 RE3= RE4=2k，则 R=9.3k，为方便调整 I0，R 用 5.1k 电阻与 10k 电位器 RP2串联。 T3、T4 静态工作电压 VB3=

10、VB4= -IR*R= -9.3VVE3= VE4= VB3 0.7= -10V为了方便调整电路的对称性，故需要在 T1、T 2两管的射极接入一 阻值较小的电位器 RP1。 K4.3mA2/I6V)1(30ber beBLDk.5L则 /(Ck.)/E0V7.0I三、 调试与测试结果Proteus 仿真实验图仿真波形图1.方波三角波发生器的装调由于比较器 A1与积分器 A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路需同时安装。要注意的是，在安装电位器 RP1与 RP2之前，先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，A 1的输出 vo1为方波，A

11、 2的输出 vo2为三角波，在低频点时，微调 RP1，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，再调节 RP2，则输出频率连续可变。误差分析 1） 、方波输出电压 Vp-p2V CC，是因为运放输出级由 NPN 型或 PNP 型两种晶体管组成的复合、互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。 2） 、方波的上升时间 tr，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容 C1(C1一般为几十皮法)。可用示波器(或脉冲示波器)测量 tr。 2.差分放大电路的测试用电压表测量 T3、 T4 射极电压， 并调节 RP2 使 I0

12、的值为 1mA, 则 VE3=VE4 -VEE+IR*RE3= -10V ；用电压表测量 T1、T 2 的集电极对地电压VC1Q、V C2Q 调整 RP1，使其满足 VC1Q= VC2Q 并测量 T1、T2 基极和发射极对地电压；技术指标的测量值为 28idC1VDA0icC21VCAVCDCMRlg20AKk3.isidRk4.mA /2)(61300beIr 4.251*beB1LVD/RrPRid=2(RB1+ rbe)+RP1 =23.22k *示波器实际波形及电路图面包板波形图焊接电路板波形图0icC21VCAVCDCMRlg20AK 面包板电路 焊接电路四、 心得体会通过这次的学习

13、，我们得到了很多课本上学不到的知识。这次学习不仅增加了我们的理论知识，同时也让我们的理论知识得到了应用，给我们提供了一个实践的平台，让我们在实践中得以验证理论。通过这几个星期的一起探讨、一起工作、一起烦恼、一起欢笑，也让我们理解了团队的意义。 这个示波器从理论知识的层面再到实物的成型，然后再调出想要的结果，其间，我们有高兴、也有失落。在科学的领域，现实与理论永远存在着不可逾越的鸿沟。不管你的电路在理论上有多么的完美，不管你在仿真软件上显示出来的结果有多么令人骄傲，但它不是现实。现实总是会在你升到最高处时狠狠把你摔下。虽然我们近乎完美地把理论电路拼接成了实际电路，但好事多磨，现实总要想办法来调戏

14、你一下。示波器上居然连一个失真的波形都没有，更别说出现一个标准的波形了（有了失真的波形就有了产生完美波形的希望） 。自此，我们开始全力检查、猜测并查找电路中可能存在的问题。在理论与实物的转换过程中，我们遇到了不少的困难。对于电路的调试阶段，我们主要遇到的问题是：波形不稳定、波形失真较严重等问题。刚开始因为是焊接的插槽，有些器件接触不良，导致电路无法正常工作，波形无法出来这是一个原因。焊接完整的电路（主要是指电路能正常工作） ，要想调出达标的波形，主要还是要调节 RP1、RP2 、RP3，这三个电位器，RP1 主要是调节三角波，矩形波的幅度和频率，RP2 是调节三角波和矩形波的频率，当正弦波出现

15、失真或者变成三角波，这是应该要调节 RP3。当三角波的幅度为 8V 时正弦波更容易调出来。对于焊接，我觉得这是最重要的，焊接要仔细，焊接的好坏直接影响着最终结果，我个人认为只要焊接没问题，波形就能出来，而且还应该会是很标准的波形。但我们一连几个星期都没有做出令我们满意的波形，而那张电路板上的元器件更是拆了又焊，焊了又拆，早已经被我们摧残地连我们自己都不好意思看了，可是波形要么失真，要么就没有，而且正弦波根本就出不来。虽然我们知道可能是后面的差分放大电路出了问题，但经过我们的无数次检测、修改，却始终找不到问题的根源所在。后来我无意间把组成反相积分器的 C2 由大电容改为小电容，却发现矩形波和三角波变得正常了，并且调整滑动变阻器RP1、 RP2 可以很好的令矩形波和三角波满足其性能指标。这一发现令我们眼前一亮，经过短暂的调试，正弦波也终于出来了（虽然有两处有一些失真，但它毕竟是正弦波） 。这一刻，我真的有一种要哭的感觉，几个星期的努力，我们终于有了成果了，困扰我们几个星期的问题终于解决了。收拾一下心情后，我们继续完成接下来的收尾工作。首