北邮模电实验报告函数发生器要点.docx

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1、北京邮电大学课程试验报告课程名称：电子测量与电子电路设计题目：函数信号发生器院系：电子工程学院电子科学与技术专业班级：2023211209学生姓名:刘博闻学号:2023211049指导教师:高惠平摘 要函数信号发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步， 社会的进展，单一的函数信号发生器已经不能满足人们的需求，本试验设 计的正是多种波形发生器。本试验由两个电路组成，方波三角波发生电路和三角波正弦波变换电路。方波三角波发生电路由自激的单线比较器产生方波，通过RC 积分电路产生三角波，在经过差分电路可实现三角波正弦波的变换。本电路振荡频率和幅度用电位器调整，输出方波幅度的大小由稳压管 的

2、稳压值打算；而正弦波幅度和电路的对称性也分别由两个电位器调整， 以实现良好的正弦波输出图形。它的制作本钱不高，电路简洁，使用便利， 有效的节约了人力，物力资源，具有实际的应用价值。关键词：三角波 方波 正弦波 幅度调整 频率调整目录设计要求11. 前言12. 方波、三角波、正弦波发生器方案12.1 原理框图12.2 系统组成框图23. 各组成局部的工作原理23.1 方波-三角波产生电路的工作原理23.2 三角波-正弦波转换电路的工作原理43.3 总电路图64. 用 Mutisim 电路仿真74.1 方波三角波电路的仿真74.2 方波正弦波电路的仿真85 电路的试验结果及分析95.1 方波波形产

3、生电路的试验结果95.2 方波-三角波转换电路的试验结果105.3 正弦波发生电路的试验结果115.4 试验结果分析126. 试验总结127. 仪器仪表清单137.1 所用仪器及元器件：137.2 仪器清单表138. 参考文献169.致谢166方波三角波正弦波函数信号发生器设计要求1. 设计制作一个可输出方波、三角波、正弦波信号的函数信号发生器。（1） 输出频率能在1KHz-10KHz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Uopp 1V；2. 用软件绘制完整的电路原理

4、图1. 前言在人们生疏自然、改造自然的过程中，常常需要对各种各样的电子信号进展测量， 因而如何依据被测量电子信号的不同特征和测量要求，敏捷、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入争论的课题。信号源主要给被测电路供给所需要的信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种试验应用和试验测试处理中，它不是测量仪器，而是依据使用者的要求，作为鼓励源，仿真各种测试信号，供给应被测电路，以满足测量或各种实际需要。函数信号发生器就是信号源的一种，能够给被测电路供给所需要的波形。传统的波形发生器多承受模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路构造简单，不能依据实际需要敏

5、捷扩展。随着微电子技术的进展，运用单片机技术，通过奇异的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，牢靠性高，特别是操作简洁便利。2. 方波、三角波、正弦波发生器方案2.1 原理框图1方波电压比较器三角波正弦波RC 积分电路差分电路图 1 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过 RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最终通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦

6、波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。缘由是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的转变，积分电路输出的三角波幅度同时转变。假设要保持三角波幅度不变，需同时转变积分时间常数的大小。2.2 系统组成框图图 2 系统各局部组成框图3. 各组成局部的工作原理3.1 方波-三角波产生电路的工作原理2图 3 由运放和 RC 积分电路组成的方波-三角波发生电路方波输出幅度由2DW232稳压管的稳压值打算，即限制在Uz+UD之间。方波经积分得到三角波，幅度为Uo2m=Uz+UD方波和三角波的震荡频率一样，为f=1/T=Rf/4R1R2C，式中为电位器Rp1的滑动比即滑动

7、头对地电阻与电位器总电阻之比。即调整Rp1可转变振荡频率。依据两个运放的转换速率的比较，在产生方波的时候选用转换速率快的LM318，这样保证生成的方波上下长短全都，用LM741则会不均匀。产生三角波的时候选用LM741。其中R1、R2的值是依据试验要求设定在20K和30K，依据计算可设定R6=2KW，C=0.01uF。依据运放两端电阻要求的电阻平衡，选择R6的阻值和R8的相等，即R8=2KW。依据所需要输出方波的幅度选择适宜的稳压管和限流电阻R3的大小。稳压管为给定的2DW232，其稳压幅度已经给定。选择限流电阻R3为430W。为使的变化范围较大，信号的频率范围到达要求，电位器Rp1选择为10

8、0KW范围内可调。103.2 三角波-正弦波转换电路的工作原理差动放大器具有很大的共模抑制比，被广泛应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。差动放大器的设计：1. 确定静态工作点电流Ic1、Ic2、Ic3静态时，差动放大器不参加输入信号，对于电流镜Re3=Re4=Re Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/Ic4= Ic3 而 Ir= Ic4= Ic3=Ucc+Uee-Ube/(R+Re4) 上式说明恒定电流Ic3主要由电源电压Ucc、Uee和电阻R、Re4打算，与晶体管的参数无关。由于差动放大器得静态工作点主要由恒流源打算，故一般先设定Ic3。Ic3取值越小，

9、恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。因此在试验中，取Ic3为1mA。有Ic1=Ic2=0.5*Ic3=0.5mA。由R+Re=Ucc+Uee-Ube/Ir,其中Ucc为12V，Uee也为12V， Ube的典型值为0.7V在本次取值中可以无视Ir为1mA,故取R=18K，Re4=1K。由于镜像电流源要求电阻对称，故取Re3=1K。2. 差模特性差动放大器的输入和输出各含有单端和双端输入两种方式，因此，差动放大器的输入输出共有四种不同的连接方式。不同的连接方式，电路的特性不同。Rp的取值不能太大，否则反响太强，一般取100左右的电位器，用来调整差动放大器的对称性。3. 三角波正弦波变换电

10、路图4 三角波转换为正弦波的原理三角波正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路，二极管可变分压器电路和差分放大器等。本试验利用差分放大器传输特性曲线的非线性，实现三角波正弦波的变换。图 5差分电路实现三角波到正弦波转换电路图图中 R20 调整三角波的幅度，R19 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 C6,C7,C8 为隔直流电容，用单向的大电容不但很好的滤除直流重量，还能避开双向耦合，使输出地波形清楚稳定。C3 为滤波电容，以滤除高频信号干扰，改善输出正弦波的波形，削减不确定的信号干扰。电解电容 C6、C7、C8 为隔直流电容，为到达良好的隔直流、

11、通沟通的目的，其容值应当取的相对较大，故取 C6=100uF C7=100uF C8=100uF。R20 调整三角波的幅度，为满足试验要求，其可调范围应当比较大，故取 R20=10k。Rb1 与 Rb2 为平衡电阻，取值为 Rb1= Rb2=51。流进 T1，T2 集电极电流约为 0.5mA，为满足其正弦波的幅度大于1mA，取Rc1=Rc2=7.5k，使得电流流经Rc2 的电压降不至于很大。C3 为滤波电容，其值应当满足要求的正弦电压幅度与频率，其值不能取太大，否则会使幅度太小无法到达要求，故取 C3=0.1uF。至此，电路的设计根本完成，需要在试验中进一步调试电路。3.3 总电路图图 6 函

12、数发生器总电路图4. 用 Multisim 电路仿真4.1 方波三角波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，可得图 7 所示的方波转三角波波形仿真图。图 7 方波波形图 8 三角波波形4.2 方波正弦波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，可得图所示的三角波转正弦波波形仿真图。图 9 正弦波波形5 电路的试验结果及分析5.1 方波波形产生电路的试验结果把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进展整体测试、观看。针对其消灭的问题，进展排查校验，使其满足试验要求。可得到实测方波波形如图 10 所示：图 10 实测方波波形5.2 方波-三角波转换电路的试验结果实测三角波波形如图 10 所示：图 1

13、0 实测三角波波形5.3 正弦波发生电路的试验结果由示波器实测正弦波波形图为：图 11 实测正弦波 17kHZ图 12 实测正弦波波形 1kHZ由图可知波形比较准确，调整RP 可转变幅频、幅值大小。频率在1kHZ-17kHZ 连续可调。5.4 试验结果分析输出的各波形的参数范围符合使要求，有些许的偏差。缘由可能是在各原件的参数选择上有些偏差。正弦波略微有点失真是由于积分电路中充放电的时间不够,隔直电容选取的不够大， 差分电路不完全对称，调整几个电位器即可使波形改善，假设还不对称，则需将隔直电容调换之更大数值。6. 试验总结为期四个星期的课程设计已经完毕，在这四星期的学习、设计过程中我感受颇深。

14、使我对抽象的理论有了具体的生疏。通过对函数信号发生器的设计，我把握了常用元件的识别和测试；生疏了常用的仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对函数信号发生器的设计，我还深刻生疏到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论学问，而且也稳固了以前知道的学问。最重要的是在实践中理解了书本上的学问，明白了学以致用的真谛。也明白教师为什么要求我们做好这个课程设计的缘由。他是为了教会我们如何运用所学的学问去解决实际的问题，提高我们的动手力量。在整个设计到电路的调试过程中，我个人感觉调试局部是最难的，由于你理论计算的值在实际当中

15、并不肯定是最正确参数，我们必需通过观看效果来转变参数的数值以期到达最好。而参数的调试是一个阅历的积存过程，没有阅历是不行能在短时间内将其完成的，而这个可能也是教师要求我们加以提高的一个重要方面吧！在试验过程中，我们遇到了不少的问题。比方：1. 波形失真，甚至不出波形这样的问题。开头很长一段时间内我换掉各种元件但是还是不能出波形，直到我更换了面包板。这是由于插线的时候用力过猛，使得面包板的弹片掉落，不能使电路连通。2. 正弦波输出有很大失真，一开头没有输出正弦波而是三角波，这是由于差放工作在线性区，不能完成三角波-正弦波的转换，我将 Rb 的阻值调小，并且转变隔直电容的容值，才使波形得以改善。3

16、. 方波的峰峰值不符合要求。理论上，方波的峰峰值是由稳压管打算的，调整电位器，可以转变幅度和频率4. 三角波峰峰值比预想中大。理论上，是要保证 R1/R2=3:2，既可保证三角波峰值在 8V。但当承受了 R1=30kW，R2=20kW的电阻后，三角波的峰值反而偏大，并且不由调整电位器可以转变。解决方法是适当更换 R1、R2 的阻值直到满足要求。5. 一开头搭建电路缺乏阅历，使电路的构造格外拥挤。后来借鉴了一些同学搭电路的方法，用“城市规划”的大思路去规划电路，这样搭出来的电路才赏心悦目6. 一开头正弦波失真，是由于正弦波形是电容滤出来的，而不是差分电路输出的。转变 C6、C7 的容值即可。最终

17、用一句话来完毕吧：“实践是检验真理的唯一标准”。与君共勉。7. 仪器仪表清单7.1 所用仪器及元器件：元器件：电位器、电阻、电容相关元件参数：LM318 芯片：输入失调电压 4mV；增益带宽积：15MHz耗电流：5mA偏置电流：150nA转换速率：70V/uS电源：+/-20VLM741 芯片：LM741： 输入失调电压 0.8mV；增益带宽积：1.5MHz 耗电流：1.7mA偏置电流：30nA转换速率：0.7V/uS电源：+/-3V - +/-22V三极管： 8050类型电阻7.2 仪器清单表规格表一仪器清单表数量备注20KW1R130KW1R211KW1R4430W1R32KW2R6、R8

18、7.5KW2Rc1、Rc2100W1Re18KW1R161kW2R15、R14512Rb电位器103210031运放uA7411LM3181电容100uF3C6 、C7 、C80.01uF1C10.1uF1C3稳压管2DW2321面包板18. 参考文献1 刘宝玲.电子电路根底M.北京：高等教育出版社2 电子测量与电子电路综合设计型试验讲义.北京邮电大学电子工程学院电路中心.2023.39. 致谢诚意感谢我们的指导教师高教师，本次课程设计是在高教师的悉心指导下完成的。教师渊博的学问、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力、活泼的思想、以及平易近人的师长风范，使我们受益匪浅。值此论文完成之际，谨向教师致以深深的敬意和诚意的感谢。同样感谢我的同学们和其他的教师们，感谢你们的无私帮助。