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1、电子电路综合设计实验报告实验1 函数信号发生器的设计与实现 姓名：- 学号：- 班内序号：-一. 实验名称：函数信号发生器的设计与调试二.实验摘要：采用运放组成的积分电路产生方波-三角波，可得到比较理想的方波和三角波。根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求以及对所需方波、三角波的幅度可以确定合适的运放以及稳压管的型号、所需电阻的大小和电容的值。三角波-正弦波的转换是利用差分放大器来完成的，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度以及电路的对称性。同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。关键词：方波 三角波 正弦波 频率可调三、设计任务要求1 基本要求：（1） 输出频率能在1-1
2、0KHz范围内连续可调，无明显失真；（2） 方波输出电压Uopp=12V,上升、下降沿小于10us,占空比可调范围30%-70%；（3） 三角波Uopp=8V;（4） 正弦波Uopp1V.（5） 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）2. 提高要求：（1）正弦波、三角波和方波输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调。 （2）三种输出波形的输出端口的输出阻抗小于100。 （3）三种波形从同一端口输出，并能够显示当前输出信号的种类、大小和频率 （4）用CPLD设计DDS信号源 （5）其他函数信号发生器的设计方案四、设计思路以及总体结构框图 本课题中函数发生器结构组成如下所示： 由比较器
3、和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，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。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。 图 4-1 函数信号发生器的总体框图五.分块电路和总体电路的设计（1） 方波三角波产生电路图5-1 方波-三角波产生电路方波-三角波产生电路如图5-1所示，由于采用了运放组成的积分电路，可得到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VDW1,VDW
4、2的稳压值决定，即峰峰值在12V，所以选用稳压值为6V的稳压管。方波经积分得到三角波，幅度为 （5-1）可见R1和Rf的比值可调节三角波幅度的大小，由于要求三角波峰峰值为8V，则R1和Rf的比值为2：3。试验中选取的R1为22K，Rf为33K。根据输出方波的幅度可以选择限流电阻R0的阻值为560。方波和三角波的振荡频率相同，为f=式中为电位器Rw的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。可见调节Rw可改变振荡频率，为使的变化范围大，输出频率在要求范围之内，故实验中选取的Rw为10K。根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择合适的运放，实验中在产生三角波的时候选取的是LM318
5、，在产生正弦波的时候选取的UA741.根据所要求的振荡频率确定R:C的值，实验中选取的R2为3.9K，C为0.01uF。R4为平衡电阻，应与R2选取相近的阻值，实验中选取的是3.3K。此外利用二极管的单向导电性，通过改变不同方向电流阻值（本实验是通过改变Rp4与R2的比值）的大小，来改变电容C的充放电系数，实现占空比的调节。（2） 三角波-正弦波转换电路图5-2 三角波-正弦波转换电路三角波-正弦波变换电路的种类很多，本实验采用电流镜偏置的差动放大电路设计实现波形的转换。利用差分放大器传输特性曲线的非线性，实现三角波-正弦波变换的过程如图5-3所示。图5-3 三角波-正弦波变换过程 由图5-3
6、可见： 差分放大器传输特性曲线越对称，线性区越窄越好； 三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。 在图5-2所示三角波-正弦波转换电路中，Rp2调节三角波的幅度，Rp3调整电路的对称性，并联电阻Re用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C1、C2、C4为隔直流电容，C3为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出正弦波的波形。（3） 总体电路图图5-4 总体电路原理图（4） 电源电路图图5-5 电源原理图六.实现功能及说明(1)实现功能接入工作电压之后可以分别产生方波、三角波、正弦波方波、三角波、正弦波频率可调方波占空比可调部分波形图：图图6-1 方波波形图图6-2 三角波波形图图6-3 正弦波波
7、形图（2） 主要测试数据方波的峰峰值为14.6V，大于实验要求的峰峰值12V，原因可能为稳压管的导通压降，使得稳压值较标称值更大一些，以及示波器存在误差。上升、下降时间小于10us，约为300ns。占空比可调范围大约为30%-70%。三角波的峰峰值为10 V，受方波幅度影响，幅值偏大。正弦波的峰峰值大于1V，符合要求，但存在微弱的失真。三种输出波形的输出频率在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真。（3） 必要的测试方法1. 利用直流电压源产生工作电压2. 用示波器测试输出电压波形、幅值、频率、占空比、上升时间等3. 调节相应电位计的旋钮，改变阻值后，继续用示波器检测波形七.故障及问题分析
8、故障1：面包板布局不合理问题分析：第一次连接时，元器件十分混乱，分布极不合理，偏重左边一侧解决方法：拆掉元器件后，重新搭建电路 故障2:用示波器观察输出波形时，发现方波发生器和三角波发生器产生波形失真十分严重问题分析：经过分析得知，电路连接出错解决方法：认真排查电路，找出并改正出错地方 故障3：频率可调范围为10K-100K（要求为1K-10K）问题分析：频率的范围与积分电容和电阻有关，应通过改变电阻或电容来调整频率范围 解决方法：将0.1uF电容换为0.01uF电容八 总结和结论1） 测试数据分析： 本实验虽然实现了要求的基本功能，实现频率在1-10KHZ连续可调，但是由于实验过程中对具体测
9、试数据的忽视，并未对实验所能完成的具体功能得以测试并记录，同时，也未对静态工作点加以记录。2）心得体会：本次实验不仅考查了我们的电路知识，更考验了我们的动手能力以及故障排查能力。要想出色的完成实验，首先就要有足够的细心和耐心，正确掌握面包板的连接规则以及各元器件的使用，并且要兼顾美观大方。其次，对于电路的原理要知其然知其所以然，才能够正确有效地调试电路。当然，实验的整个过程还锻炼了我们对仪器的使用熟练程度，一次又一次的练习，一次又一次的尝试，才能最终得出完美的波形。在动手搭建电路之外，我们还需要学习运用Protel DXP软件，让我们进一步锻炼了学习能力，对印刷电路软件有了一定程度的掌握。总而言之，此次实验，很大地提升了我们的动手能力以及动脑能力。九. PROTEL绘制的原理图及PCB板 实物图：十. 所用元器件及测试仪表清单 1）元器件： 面包板（1个） 三极管（8050 4个） 二极管（2个） 双向稳压管（1个） 集成运算放大器（2个） 电位器（3个） 电阻、电容若干 导线 2）测试仪表：仪器名称用途直流稳压电源提供直流电压示波器显示输出波形十一.参考文献1. 电子电路综合设计实验教程，北京邮电大学电路实验中心2. 电子电路基础，刘宝玲主编，高等教育出版社
