电子技术课件项目四函数信号发生器的制作与调试教学课件.pptx

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1、项目四函数信号发生器的制作与调试能够产生多种波形，如正弦波、三角波、锯齿波、矩形波（含方波）的电路称为函数信号发生器。它是各种测试和实验过程中不可缺少的仪器，在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。本项目通过制作与测试RC正弦波振荡器，要求学生理解正弦波振荡器的组成和振荡原理，并能调试、测量RC正弦波振荡器的输出波形；通过制作与调试函数信号发生器，要求学生掌握设计和制作函数信号发生器的方法，并能对实践中出现的故障现象进行分析、判断并加以解决。l 知识目标掌握振荡、正弦波振荡的概念和分类；掌握正弦波振荡器的幅值、相位平衡判定条件；熟悉正弦波、非正弦波振荡器的构成与工作原理；了解各个振荡

2、器的应用特点；掌握函数信号发生器的原理、制作及调试。l 技能目标能制作与测试RC正弦波振荡器；能制作函数信号发生器，并能对实践中出现的故障现象进行分析、判断并加以解决；能利用示波器、频率计等设备测量波形参数。01熟悉振荡的基本概念及分类；熟悉正弦波振荡器的构成及各部分的作用；掌握正弦波振荡器的幅值、相位平衡判定条件；熟悉RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路的应用特点；能制作与测试RC正弦波振荡器。任务一识别与检测半导体二极管u任务目标任务一制作与测试RC 正弦波振荡器引入：电磁波治疗仪俗称“神灯”，是常见的家庭医疗器械。电磁波治疗仪具有消炎、止痛、止痒、降脂、疏通微循环通道、清除机体深部淤血

3、、促进上皮生长、加速伤口愈合等治疗效果，且无毒副作用。电磁波治疗仪的核心部件是TDP辐射板，它能产生波长范围在125 m、强度范围为2835 mW/cm2的电磁波。人体匹配接收后产生生物效应，继而可增强微循环作用，促进新陈代谢，促进人体对病变的修复，使病患者能迅速康复，提高非病患者自身的抵抗能力。试说明电磁波还有哪些应用。u知识链接任务一制作与测试RC 正弦波振荡器1.振荡电路的定义及分类振荡电路又称波形发生器，是没有信号输入而有信号输出的信号产生器。振荡电路与前面所学的放大电路相比，它们都是能量转换装置，即都是把直流电源的能量转换为交流能量输出，但是，放大电路需要外加激励，即必须有输入信号，

4、而振荡电路不需要外加激励。因此，振荡电路产生的是自激信号，又常称之为自激振荡器。一、振荡电路任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器振荡器按输出信号的波形不同，分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。正弦波振荡器产生的波形非常接近正弦波，且振荡频率比较稳定；非正弦波振荡器产生的波形是非正弦的脉冲波形，如矩形波、三角波、锯齿波等，非正弦波振荡器输出波形的频率稳定性不高。2.正弦波振荡条件正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈环节而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。如图4-1所示，为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此，放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部

5、分。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器3.电路的组成及振荡的建立过程放大电路在接通电源的瞬间，随着电源电压由零开始突然增大，电路受到扰动，在放大电路的输入端产生一个微弱的扰动信号Xi，经放大电路放大、正反馈、再放大、再反馈，如此反复循环，输出信号的幅度很快增加。这个扰动信号包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分。为了能得到所需要频率的正弦波信号，必须增加选频网络。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器那么,振荡电路在起振以后，振荡幅度会不会无休止地增长下去呢？这时就需要增加稳幅环节。当振荡电路的输出达到一定幅度后，稳幅环节就会使输出减小，维持一个相对稳定的稳

6、幅振荡，如图4-2的bc段所示。也就是说，在振荡建立的初期，必须使反馈信号大于原输入信号，反馈信号一次比一次大，才能使振荡幅度逐渐增大；当振荡建立后，还必须使反馈信号等于原输入信号，才能使建立的振荡得以维持下去。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器上述分析过程总结如下。（1）振荡电路通常由放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节组成。（2）起振条件为AF1，稳幅后的幅度平衡条件为AF=1。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器4.判断电路能否产生振荡的方法（1）检查电路是否有四个组成部分。（2）检查放大电路是否正常工作。（3）将放大电路输入端断开，利用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件。（4）分

7、析是否满足振荡产生的幅度条件，一般AF应略大于1。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器二、R C 正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路根据RC网络的不同，分为桥式和相移式两种。本书只介绍RC桥式正弦波振荡电路。1.电路组成RC桥式振荡电路如图4-3所示，选频网络和正反馈网络是RC串并联网络（由R2和C2并联后与R1和C1串联组成），放大电路由集成运放构成的同相比例放大电路组成。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器2.R C 串并联网络的选频特性RC串并联网络如图4-4所示，设R1、C1的串联阻抗用Z1表示，R2和C2的并联阻抗用Z2表示，则任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC

8、正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器当 f=f0时，电压传输系数最大，其值为F=1/3，相角为零，即F=0。此时，输出电压与输入电压同相。当ff0时，F1/3，且F0，此时输出电压的相位滞后或超前于输入电压。由以上分析可知，RC串并联网络只在f=f0=1/(2RC）时输出幅度最大，而且输出电压与输入电压同相，即相位移为零。所以，RC串并联网络具有选频特性。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器3.振荡电路的工作原理在图4-3中，集成运放组成一个同相放大器，它的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压，而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压。当f=f0时，RC串并联网络的相

9、位移为零，放大器是同相放大器，电路的总相位移是零，满足相位平衡条件。而对于其他频率的信号，RC串并联网络的相位移不为零，不满足相位平衡条件。由于RC串并联网络在 f=f0时的传输系数F1/3，因此要求起振时，应使 Au 3，即这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的。由R3、Rf构成负反馈支路，它与集成运放组成了同相输入比例运算放大器。只要适当选择Rf与R3的比值，就能实现Au3的要求。稳幅后Au=3。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器三、L C 正弦波振荡电路将电容和电感并联起来，在电容上施加一定电压后可产生零输入响应，这种响应在电容的电场和电感的磁场中交替转换便可形成正弦波振荡。

10、如果将该电路作为选频网络和正反馈，再加上基本放大电路和稳幅电路，就构成LC正弦波振荡电路。它可以产生几兆赫以上的高频信号。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器2.变压器反馈式振荡电路1）电路组成电路如图4-8所示，C、N1为选频网络，N2为正反馈电路，正弦波信号由变压器副边绕组传送到负载。2）振荡原理电路的交流通路如图4-9所示，LC（N1）回路产生谐振时的谐振频率为f0，谐振时LC电路呈纯阻性，u

11、C与ui反相。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器3）电路优缺点（1）易起振，输出电压较大。由于采用变压器耦合，易满足阻抗匹配的要求。（2）调频方便。一般在LC回路中采用接入可变电容的方法来实现调频，调频范围较宽，工作频率通常在几兆赫左右。（3）输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端，它对高次谐波的阻抗大，反馈也强，因此在输出波形中含有较多高次谐波成分。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器（2）振荡条件分析。相位条件。如图4-11所示，设基极瞬时极性为正，由于放大器的倒相作用，集电极电

12、位为负，与基极相位相反，则电感的端为负，端为公共端，端为正，各瞬时极性如图所示。反馈电压由端引至三极管VT的基极，故为正反馈，满足相位平衡条件。幅度条件。如图4-11所示，反馈电压取自电感L2两端，加到三极管VT的b、e间。所以改变线圈抽头的位置，即改变L2的大小，就可以调节反馈电压的大小。当满足|AF|1的条件时，电路便可起振。振荡频率。振荡频率为式中，L1+L2+2M为LC回路的总电感；M为L1与L2间的互感耦合系数。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器（3）电路优、缺点。由于L1和L2之间耦合很紧，故电路易起振，输出幅度大。电容C若采用可变电容，就能获得较大的频率调节范围，调频方便。但由

13、于反馈电压取自电感L2两端，它对高次谐波的阻抗大，反馈也强，因此在输出中含有较多高次谐波成分，输出波形不理想。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器（2）振荡条件分析。相位条件。与分析电感三点式振荡电路相位条件的方法相同，该电路也满足相位平衡条件。幅度条件。由图4 12可看出，反馈电压取自电容C2两端，所以适当地选择C1、C2的数值，并使放大器有足够的放大量，电路便可起振。振荡频率。振荡频率为式中，是谐振回路的总电容。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器（3）电路优、缺点。该电路的优点有容易起振，振荡频率高；输出波形较好，这是由于C2对高次谐波的阻抗小，反馈电压

14、中的谐波成分少，故振荡波形较好。其缺点是调节频率不方便。在实际应用中，为了解决这一问题，常采用串联改进型电容反馈式LC振荡电路，如图4-13所示。式中，C为回路总电容。当C-C1，C3-C2时，CC3。图4-13 串联改进型电容反馈式LC振荡电路任务一制作与测试RC 正弦波振荡器4.石英晶体L C 振荡电路 三点式LC振荡电路虽然可以产生较高频率的正弦波和具有较高的稳定度，但其值有时会受到温度的影响和制造工艺的限制。在实际通信电路和数字电路中，需要高频率和高稳定性的振荡器，此时一般采用石英晶体LC振荡电路。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器1）石英晶体的谐振特性与等效电路 石英晶体是从一块石英

15、晶体上按确定的方位角切下的薄片，然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层，并装上一对金属板，接出引线，封装于金属壳内。石英晶体能作为一个谐振回路，具有极高的频率稳定度，这是因为石英晶体的固有特性。物理学研究表明，当石英晶体受到交变电场作用，即在两极板上加以交流电压时，石英晶体便会产生机械振动。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器 压电谐振的固有频率与石英晶体的外形尺寸及切割方式有关。从电路上分析，石英晶体可以等效为一个LC电路，把它接到振荡器上便可作为选频环节应用。如图4-14所示为石英晶体的结构、电路符号、等效电路及石英晶体谐振器的电抗-频率特性。图4-14 石英晶体任务一制作与测试RC 正弦波振荡

16、器 由图4-14(d)可知，它具有两个谐振频率，一个是L、C、R支路发生串联谐振时的串联谐振频率fs，另一个是L、C、R支路与C0支路发生并联谐振时的并联谐振频率fp。当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性，等效电阻为R，谐振频率为任务一制作与测试RC 正弦波振荡器谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗，因为R远小于0C0，故可以近似认为石英晶体也呈纯阻性，等效电阻为R。当ffs时，L、C、R支路呈感性，将与C0产生并联谐振，石英晶体又呈纯阻性，谐振频率为任务一制作与测试RC 正弦波振荡器由于C远大于C0，所以fpfs。当ffp时，电抗主要决定于C0，石英晶体又呈容性

17、。因此，如图4-14（d）所示，只有在fs f fp的情况下，石英晶体才呈感性；并且C和C0的容量相差越悬殊，fs和fp越接近，石英晶体呈感性的频带越狭窄。品质因数Q1RLC，由于C和R的数值都很小，L数值很大，所以Q值高达104106。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器2）石英晶体正弦波振荡电路（1）并联型石英晶体正弦波振荡电路。如图4-15所示，电容C1和C2与石英晶体中的C0并联，总容量大于C0，所以电路的振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率fp。图4-15 并联型石英晶体正弦波振荡器任务一制作与测试RC 正弦波振荡器（2）串联型石英晶体正弦波振荡电路。如图4-16所示，电容C1为旁路电容

18、，对交流信号可视为短路。电路的第一级为共基极放大电路，第二级为共集电极放大电路。图4-16 串联型石英晶体正弦波振荡器任务一制作与测试RC 正弦波振荡器u 实践操作一、目标（1）进一步了解振荡、正弦波振荡的概念及分类。（2）理解RC正弦波振荡器的组成和振荡原理。（3）会制作RC正弦波振荡器。（4）能调试、测量RC正弦波振荡器的输出波形。二、设备（1）030 V双路稳压电源。（2）双踪示波器。（3）交流毫伏表。（4）频率计。（5）实验板。（6）万用表。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器（7）元件清单如表4-1所示。任务一制作与测试RC 正弦波振荡器三、内容与步骤（1）识图。如图4-17所示，RC

19、正弦波振荡器由四部分组成：选频网络、正反馈网络、放大电路和稳幅环节。选频网络和正反馈网络由RC串并联网络组成；放大电路由集成运放MC4558组成;R1、Rf、R2、VD1、VD2组成同相比例放大器，VD1、VD2具有稳幅作用。图4-17RC正弦波振荡器任务一制作与测试RC 正弦波振荡器（2）查阅相关资料，熟悉集成运放MC4558的引脚及功能。（3）检测元器件。（4）将电阻、二极管、电容和集成运放正确成形，注意元器件成形时尺寸须符合实验板插孔间距要求。（5）在实验板上按测试电路图正确插装成形好的元器件，并用导线把它们连好。（6）测试。检查电路，确认无误后通电检测。调节电位器Rf，用示波器观察输出

20、波形uo，直到出现正弦波，记录波形，测量输出电压uo的最大不失真电压幅度Uom=V，波形的周期T=s。调节电位器，观察其对输出波形的影响。测量频率。观察二极管的稳幅作用。任务一制作与测试RC 正弦波振 荡器四、考核任务一制作与测试RC 正弦波振荡器u 思考与练习1.判断图4-18 所示电路能否产生振荡。图4-18 题1 图任务一制作与测试RC 正弦波振荡器u 思考与练习2.如图4-19所示，R=1 k，C=0.1 F，R1=10 k。要使电路起振，求Rf和振荡频率f0。3.试将图4-20所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。图4-19题2图 图4-20题3图 02熟悉几种非正弦波振荡电

21、路的结构、工作原理、频率计算；理解函数信号发生器的工作原理及电路中各元器件的作用；掌握制作函数信号发生器的方法，并能对电路中的故障进行分析、判断并加以解决；掌握利用电子仪器测量波形参数的方法。任务二制作与调试函数信号发生器u任务目标任务二制作与调试函数信号发生器引入：直接数字式频率合成器（direct digital synthesizer，DDS）与传统的频率合成器相比，具有成本低、功耗低、分辨率高和转换时间短等优点，广泛应用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的关键。一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三部分。知识链接任务二制作与调试函数信号发生器一、矩形

22、波发生器1.电路组成图4-21（a）是一种能产生矩形波的基本电路，称为矩形波发生器。由图可见，它是在滞回比较器的基础上增加一条RC充、放电负反馈支路构成的。图4-21 矩形波发生器任务二制作与调试函数信号发生器电容C开始放电,uC开始下降,放电电流iC如图4-21（a）中虚线所示。当电容电压uC降至 时，由于uu,于是输出电压又翻转到+UZ。如此周而复始，在集成运放的输出端便得到图4-21（b）所示输出电压的波形。任务二制作与调试函数信号发生器3.振荡频率及其调节电路输出的矩形波电压的周期T取决于充、放电的时间常数RC。可以证明其周期为 如果适当选取R1和R2,使，则T=2RfC，而振荡频率为

23、，改变RC值就可以调节矩形波的频率。任务二制作与调试函数信号发生器4.占空比可调的矩形波发生器 为了改变输出波形的占空比，应改变电容C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波发生器如图4-22 所示。C充电时，充电电流流经电位器RW的上半部、二极管VD1、Rf。C放电时，放电电流流经电位器RW的下半部、二极管VD2、Rf。图4-22 占空比可调的矩形波发生器任务二制作与调试函数信号发生器矩形波的占空比为 式中，RW为电位器中点到上端的电阻；rd1为二极管VD1的导通电阻；rd2为二极管VD2的导通电阻。这样，通过改变RW的中点位置，就可改变占空比。任务二制作与调试函数信号发生器二、三角波发生器

24、三角波发生器的基本电路如图4-23(a)所示，它由滞回比较器和积分器闭环组合而成。集成运放A1构成滞回比较器，其反相输入端接地，同相输入端的电压由uo和uo1共同决定。任务二制作与调试函数信号 发生器 在电源刚接通时，假设电容C初始电压为零，集成运放A1输出电压为正饱和电压Z，积分器输入为Z，电容开始充电，输出电压uo开始减小，u也随之减小。当uo减小到 时，u由正值变为零，滞回比较器A1翻转，A1的输出。此时积分器输入负电压，输出电压uo开始增大，u也随之增大。三角波发生器振荡频率为，其波形如图4-23(b)所示。图4-23 三角波发生器任务二制作与调试函数信号发生器三、锯齿波发生器 在图4

25、-23(a)所示的三角波发生器电路中，输出是等腰三角形波。如果人为地使三角形两边不等，这样输出电压波形就是锯齿波。简单的锯齿波发生器电路如图4-24(a)所示。锯齿波发生器的工作原理与三角波发生器基本相同，只是在集成运放A2的反相输入电阻R3上并联由二极管VD1和电阻R5组成的支路，这样积分器的正向积分和反向积分的速度明显不同。图4-24 锯齿波发生器任务二制作与调试函数信号发生器u 实践操作一、目标（1）会查阅元器件资料，识读电路图，辨别、检查并测试元器件。（2）会制作函数信号发生器，并能通过调试达到预期的目的。（3）能对制作过程中遇到的问题进行分析、判断并解决。（4）掌握利用电子仪器测量波

26、形参数的方法。二、设备（1）万用表。（2）双踪示波器。（3）频率计。（4）电路板一个。（5）12 V直流稳压电源。（6）电烙铁。任务二制作与调试函数信号发生器（7）相关元件，如表4-2所示。任务二制作与调试函数信号发生器三、内容与步骤1.了解集成函数信号发生器ICL8038 v集成函数信号发生器ICL8038是一种多用途的波形发生器，可以产生正弦波、矩形波、三角波和锯齿波，其频率可以通过外加的直流电压进行调节，使用方便，性能可靠。1）ICL8038的工作原理 由手册和有关资料可看出，ICL8038由恒流源、电压比较器和触发器等组成。其内部电路原理框图如图4-25所示。图4-25ICL8038内

27、部电路原理框图任务二制作与调试函数信号发生器2）ICL8038的外部引脚排列 ICL8038的外部引脚排列如图4-26所示。图 4-26 ICL8038的外部引脚排列任务二制作与调试函数信号发生器2.由ICL8038 构成的函数信号发生器 由ICL8038构成的函数信号发生器如图4-27所示，其振荡频率由电位器RP1滑动触点的位置、电容C的容量、电阻RA和RB的阻值决定。图中C1为高频旁路电容，用以消除引脚8的寄生交流电压。RP2为矩形波占空比和正弦波失真度调节电位器，当RP2滑动触点位于中间时，可输出方波。任务二制作与调试函数信号 发生器3.安装与调试（1）按图4-27所示的电路图组装电路，

28、取C=0.01 F，RP1、RP2、RP3、RP4滑动触点均置于中间位置。图 4 26ICL8038的外部引脚排列图4 27由ICL8038构成的函数信号发生器图4-27 由ICL8038 构成的函数信号发生器任务二制作与调试函数信号发生器（2）调整电路，使其处于振荡状态，产生矩形波，通过调节电位器RP2使矩形波的占空比为50%。（3）保持矩形波的占空比为50%不变，用示波器观察ICL8038正弦波输出端的波形。反复调节RP3、RP4，使输出的正弦波不产生明显失真。（4）调节电位器RP1，使输出信号从小到大变化，测量引脚8的电位及输出正弦波的频率，并列表记录。（5）改变外接电容C的取值，使C=

29、0.1 F、C=1 000 pF，观察这两种情况下的输出波形，并与C=0.01 F时测得的波形相比较。（6）若有失真度测试仪，分别测出C=0.01 F、C=0.1 F、C=1 000 pF时的正弦波失真系数r值（一般要求r小于3%）。任务二制作与调试函数信号 发生器4.故障分析与排除（1）若输出波形不能正常输出，请先检查元器件及其焊接是否有误。（2）在调试与检修中要特别注意RP1的调节，以满足该电路的起振条件，同时保证能输出完好的正弦波。（3）若输出波形产生失真，反复调节与引脚1和引脚12相连接的RP3、RP4，减小输出波形的失真度。任务二制作与调试函数信号发生器四、考核任务二制作与调试函数信

30、号发生器1.在图4-23(a)所示三角波发生器中，集成运放A1和A2哪个工作在线性区？哪个工作在非线性区？2.电路如图4-28所示，在正弦波振荡器的输出端接一个电压比较器。应将a、b、c、d四点如何连接，正弦波振荡器才能产生正弦波振荡？并画出正弦波振荡器输出uo1和电压比较器输出uo2的波形。若已知C=0.1 F，R=100，R1=20 k，求正弦波振荡频率并确定反馈电阻Rf的值。u思考与练习图4-28题2图02熟悉几种非正弦波振荡电路的结构、工作原理、频率计算；理解函数信号发生器的工作原理及电路中各元器件的作用；掌握制作函数信号发生器的方法，并能对电路中的故障进行分析、判断并加以解决；掌握利

31、用电子仪器测量波形参数的方法。任务二制作与调试函数信号发生器u任务目标任务二制作与调试函数信号发生器引入：直接数字式频率合成器（direct digital synthesizer，DDS）与传统的频率合成器相比，具有成本低、功耗低、分辨率高和转换时间短等优点，广泛应用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的关键。一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三部分。知识链接任务二制作与调试函数信号发生器一、矩形波发生器1.电路组成图4-21（a）是一种能产生矩形波的基本电路，称为矩形波发生器。由图可见，它是在滞回比较器的基础上增加一条RC充、放电负反馈支路构成的。图4-

32、21 矩形波发生器任务二制作与调试函数信号发生器电容C开始放电,uC开始下降,放电电流iC如图4-21（a）中虚线所示。当电容电压uC降至 时，由于uu,于是输出电压又翻转到+UZ。如此周而复始，在集成运放的输出端便得到图4-21（b）所示输出电压的波形。任务二制作与调试函数信号发生器3.振荡频率及其调节电路输出的矩形波电压的周期T取决于充、放电的时间常数RC。可以证明其周期为 如果适当选取R1和R2,使，则T=2RfC，而振荡频率为，改变RC值就可以调节矩形波的频率。任务二制作与调试函数信号发生器4.占空比可调的矩形波发生器 为了改变输出波形的占空比，应改变电容C的充电和放电时间常数。占空比

33、可调的矩形波发生器如图4-22 所示。C充电时，充电电流流经电位器RW的上半部、二极管VD1、Rf。C放电时，放电电流流经电位器RW的下半部、二极管VD2、Rf。图4-22 占空比可调的矩形波发生器任务二制作与调试函数信号发生器矩形波的占空比为 式中，RW为电位器中点到上端的电阻；rd1为二极管VD1的导通电阻；rd2为二极管VD2的导通电阻。这样，通过改变RW的中点位置，就可改变占空比。任务二制作与调试函数信号发生器二、三角波发生器三角波发生器的基本电路如图4-23(a)所示，它由滞回比较器和积分器闭环组合而成。集成运放A1构成滞回比较器，其反相输入端接地，同相输入端的电压由uo和uo1共同

34、决定。任务二制作与调试函数信号 发生器 在电源刚接通时，假设电容C初始电压为零，集成运放A1输出电压为正饱和电压Z，积分器输入为Z，电容开始充电，输出电压uo开始减小，u也随之减小。当uo减小到 时，u由正值变为零，滞回比较器A1翻转，A1的输出。此时积分器输入负电压，输出电压uo开始增大，u也随之增大。三角波发生器振荡频率为，其波形如图4-23(b)所示。图4-23 三角波发生器任务二制作与调试函数信号发生器三、锯齿波发生器 在图4-23(a)所示的三角波发生器电路中，输出是等腰三角形波。如果人为地使三角形两边不等，这样输出电压波形就是锯齿波。简单的锯齿波发生器电路如图4-24(a)所示。锯

35、齿波发生器的工作原理与三角波发生器基本相同，只是在集成运放A2的反相输入电阻R3上并联由二极管VD1和电阻R5组成的支路，这样积分器的正向积分和反向积分的速度明显不同。图4-24 锯齿波发生器任务二制作与调试函数信号发生器u 实践操作一、目标（1）会查阅元器件资料，识读电路图，辨别、检查并测试元器件。（2）会制作函数信号发生器，并能通过调试达到预期的目的。（3）能对制作过程中遇到的问题进行分析、判断并解决。（4）掌握利用电子仪器测量波形参数的方法。二、设备（1）万用表。（2）双踪示波器。（3）频率计。（4）电路板一个。（5）12 V直流稳压电源。（6）电烙铁。任务二制作与调试函数信号发生器（7

36、）相关元件，如表4-2所示。任务二制作与调试函数信号发生器三、内容与步骤1.了解集成函数信号发生器ICL8038 v集成函数信号发生器ICL8038是一种多用途的波形发生器，可以产生正弦波、矩形波、三角波和锯齿波，其频率可以通过外加的直流电压进行调节，使用方便，性能可靠。1）ICL8038的工作原理 由手册和有关资料可看出，ICL8038由恒流源、电压比较器和触发器等组成。其内部电路原理框图如图4-25所示。图4-25ICL8038内部电路原理框图任务二制作与调试函数信号发生器2）ICL8038的外部引脚排列 ICL8038的外部引脚排列如图4-26所示。图 4-26 ICL8038的外部引脚

37、排列任务二制作与调试函数信号发生器2.由ICL8038 构成的函数信号发生器 由ICL8038构成的函数信号发生器如图4-27所示，其振荡频率由电位器RP1滑动触点的位置、电容C的容量、电阻RA和RB的阻值决定。图中C1为高频旁路电容，用以消除引脚8的寄生交流电压。RP2为矩形波占空比和正弦波失真度调节电位器，当RP2滑动触点位于中间时，可输出方波。任务二制作与调试函数信号 发生器3.安装与调试（1）按图4-27所示的电路图组装电路，取C=0.01 F，RP1、RP2、RP3、RP4滑动触点均置于中间位置。图 4 26ICL8038的外部引脚排列图4 27由ICL8038构成的函数信号发生器图

38、4-27 由ICL8038 构成的函数信号发生器任务二制作与调试函数信号发生器（2）调整电路，使其处于振荡状态，产生矩形波，通过调节电位器RP2使矩形波的占空比为50%。（3）保持矩形波的占空比为50%不变，用示波器观察ICL8038正弦波输出端的波形。反复调节RP3、RP4，使输出的正弦波不产生明显失真。（4）调节电位器RP1，使输出信号从小到大变化，测量引脚8的电位及输出正弦波的频率，并列表记录。（5）改变外接电容C的取值，使C=0.1 F、C=1 000 pF，观察这两种情况下的输出波形，并与C=0.01 F时测得的波形相比较。（6）若有失真度测试仪，分别测出C=0.01 F、C=0.1

39、 F、C=1 000 pF时的正弦波失真系数r值（一般要求r小于3%）。任务二制作与调试函数信号 发生器4.故障分析与排除（1）若输出波形不能正常输出，请先检查元器件及其焊接是否有误。（2）在调试与检修中要特别注意RP1的调节，以满足该电路的起振条件，同时保证能输出完好的正弦波。（3）若输出波形产生失真，反复调节与引脚1和引脚12相连接的RP3、RP4，减小输出波形的失真度。任务二制作与调试函数信号发生器四、考核任务二制作与调试函数信号发生器1.在图4-23(a)所示三角波发生器中，集成运放A1和A2哪个工作在线性区？哪个工作在非线性区？2.电路如图4-28所示，在正弦波振荡器的输出端接一个电压比较器。应将a、b、c、d四点如何连接，正弦波振荡器才能产生正弦波振荡？并画出正弦波振荡器输出uo1和电压比较器输出uo2的波形。若已知C=0.1 F，R=100，R1=20 k，求正弦波振荡频率并确定反馈电阻Rf的值。u思考与练习图4-28题2图谢谢观看