《北邮模电实验报告函数信号发生器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮模电实验报告函数信号发生器的设计（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、北京邮电大学电子电路综合设计实验报告 课题名称：函数信号发生器的设计 学院： 班级： 姓名： 学号： 班内序号： 课题名称：函数信号发生器的设计摘要：采用运算放大器组成的积分电路产生比较理想的方波-三角波，根据所需振荡频率和对方波前后沿陡度、方波和三角波幅度的要求，选择运放、稳压管、限流电阻和电容。三角波-正弦波转换电路利用差分放大器传输特性曲线的非线性实现，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度和电路的对称性，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 一、设计任务要求1 基本要求：设计制作一个函数信号发生器电路，该电路能够输出频率可调的正弦波、三角波和方
2、波信号。(1) 输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真。(2) 方波输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升、下降沿小于10us。(3) 三角波Uopp=8V（误差小于20%）。(4) 正弦波Uopp1V，无明显失真。2. 提高要求：(1) 输出方波占空比可调范围30%-70%。(2) 三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调。二、设计思路和总体结构框图总体结构框图：设计思路：由运放构成的比较器和反相积分器组成方波-三角波发生电路，三角波输入差分放大电路，利用其传输特性曲线的非线性实现三角波-正弦波的转换，从而电路可在三个输出端分别输出方波、三角波和正弦波
3、，达到信号发生器实验的基本要求。将输出端与地之间接入大阻值电位器，电位器的抽头处作为新的输出端，实现输出信号幅度的连续调节。利用二极管的单向导通性，将方波-三角波中间的电阻改为两个反向二极管一端相连，另一端接入电位器，抽头处输出的结构，实现占空比连续可调，达到信号发生器实验的提高要求。三、分块电路和总体电路的设计过程1. 方波-三角波产生电路电路图：设计过程： 根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择电压转换速率SR合适的运算放大器。方波要求上升、下降沿小于10us，峰峰值为12V。LM741转换速率为0.7V/us，上升下降沿为17us，大于要求值。而LM318转换速率为70V/
4、us，上升下降沿为0.17us，满足要求。故产生方波的比较器用LM318，产生三角波的反相发生器用LM741。根据所需输出方波幅度的要求，选择稳压值合适的稳压管VDW1、VDW2的型号和限流电阻R0的大小。输出方波幅度要求为12V，所以选用稳压值为6V的稳压管。R0作用为限流，选择阻值2K。根据输出三角波的幅度要求，确定R1与Rf的大小。方波经积分得到三角波，幅度为U02m=(UZ+UD)，要求中三角波峰峰值为8V，UZ+UD=6V，所以R1和Rf的比值为2：3，故选取R1为20K，Rf为30K。R3为平衡电阻，阻值为R1和Rf并联的值，故R3取12K。根据所要求的振荡频率确定R2和C的大小。
5、方波和三角波的振荡频率相同，为f=，式中R2为本试验中的R5，C为本实验中的C1。此处选择C1为6800pF，R5为4.7k。R4为平衡电阻，应与R5一致故为4.7k。2. 三角波-正弦波电路电路图：设计过程：静态工作点：Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/Ic4= Ic3 Ic4= Ic3=(Ucc+Uee-Ube)/( R15+ R14)设定静态工作点的要先确定Ic3，本实验中，取Ic3为1mA，故取 R15=20K，R14 =2K。两管输入对称，故R13 =R14 =2K。R8用来调整电路的对称性，不能取太大，选取总阻值为100的电位器。并联电阻R12用
6、来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C2 C3 C4为隔直电容，为达到良好的隔直流、通交流的目的，其容值应该取的相对较大，实验中取值33uF。C5为滤波电容，滤除谐波分量，改善正弦波形，取值20nF。R6调节三角波的幅度，可调范围应该比较大，故取R6=100k。R9与R16为平衡电阻，取值为R9= R16=3.3K。流进T1，T2集电极电流为0.5mA，为满足其正弦波的幅度大于1V，取R10= R11=5.6k，使得电流流经它们的电压降不至于很大。三角波-正弦波变换过程：3. 总体电路电路图：电路设计：由于正弦波的产生以三角波为基础，故将前一级方波-三角波电路处三角波的输出接到第二级电路
7、的输入即完成整体电路的连接。四、所实现功能说明1. 基本功能接入工作电压之后可以分别产生幅度和频率可调的方波、三角波、正弦波。方波：三角波：正弦波：2. 扩展功能调节占空比：将原电路图的R5改为这样的结构，利用二极管的单向导电性，电位器的调节使两个方向串接的电阻值不同，使得电容C充电、放电的时间不同，从而实现调节占空比的扩展功能。调节占空比电路图：输出幅度连续可调：将各个输出端与地之间接入大阻值电位器（小阻值电位器耗能大则信号幅度最大值达不到要求），实验中选20K电位器，电位器的抽头处作为新的输出端，实现输出信号幅度的连续调节。输出幅度连续可调实现电路图：3. 主要测试数据三种输出波形的输出频
8、率在1-10.7KHz范围内连续可调，无明显失真。方波的峰峰值为14V，大于实验要求的峰峰值，误差为14%，小于20%，满足实验要求。上升时间为520ns、下降时间为560ns，均小于10us。三角波的峰峰值为9.6 V，误差为16.7%，小于20%，满足实验要求。正弦波的峰峰值为5.88V，大于1V，符合要求。输出方波占空比可调范围大于30%-70%。三种输出波形的峰峰值Uopp均可在0.2V-10.5V内连续可调，大于实验要求的1V-10V。4. 必要的测试方法利用直流电压源产生工作电压，用示波器测试输出电压波形、幅值、频率、占空比等，用万用表测量电阻的阻值及电容容值。五、故障及问题分析在
9、第一次试验中，第一级方波-三角波发生电路只能产生类似噪声信号的波形，于是将电路板重插，这次插电路板注意把电阻引脚都剪短使其贴近面包板，减少引脚短接的可能，重新测量后波形仍没出现，于是开始排错，重新检查了LM318及LM741的引脚图，发现6脚和7脚接反了，改正后波形出现，振幅符合误差范围，频率调节范围也达到要求，于是开始第二级电路的搭建。第二级电路连好后，波形总是出现下图的失真，而且调节R6和R8均对波形无任何影响。在电路排错过程中，发现C3正负极接反，改正后波形仍然失真。询问老师后将C5的值由原定的0.01uF改为20nF，波形变为类似方波。调节R6，改变三角波的幅度，调出正弦波形，调节R8
10、使差分放大电路对，解决了问题。失真图示：在拓展要求的幅度连续可调实验中，电位器接入后幅度可调，但最大幅度小于10V，经过思考发现电位器阻值不够大，使得能量损耗大导致输出幅度减小。于是向老师要了更大的电位器，达到了幅度的要求。 六、总结和结论本实验共分四周进行，第一周老师带领我们进行了理论学习，第二第三周进行了电路实现。之前进行的模电实验总是比较简单，电阻电容等元件用的都不多，所以插电路板的习惯并不规范，这次实验用的元件很多，第一次插第一级方波-三角波电路时没有剪短电阻引脚，使得电路很乱，给排错也造成了困难，于是对插电路板进行了改进，把引脚剪短，不斜插元件，改用导线连接，电路变得清晰整洁了很多。
11、本实验用到了模电中运放比较器、积分器以及差分放大电路传输特性等知识，由于模电课在大二上学期已经结束，所以这些知识都有些忘记，理论知识掌握不牢靠导致电路设计时无从下手。于是将相关内容复习了一遍，之后理论设计部分顺利了许多。本次实验对我的实践能力与理论分析能力都起到了很好的提高作用，同时也使我明白做事情一定要淡定，越忙乱会离成功越远，按部就班头脑清醒地排查错误，才能一步步走向实验的成功。附录一 MULTISIM绘制的电路原理图电路图（含拓展功能）：附录二 所用元器件及测试仪表清单元器件R()个数Rw()个数20K210k230K120k412K110024.7K2C(F)个数5.6K220p13.3K26800p12k333u31001其他：8050 4个2DW232 1个LM318 1个LM741 1个二极管 2个仪器：函数信号发生器示波器万用表直流稳压电源附录三 实际搭建电路图（含拓展功能）：参考文献1任维政，高英，高惠平，陈凌霄电子测量与电子电路实践M.科学出版社.2013.168-173. / 文档可自由编辑打印
