函数信号发生器实习报告

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1、 电 子 实 习 报 告 题 目： 函数发生器的设计 课 程： 电子实习 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 成 绩： 完成日期： 2013年5月27日 至 2013年5月31日 电子实习指导书 -函数发生器的设计电 子 实 习 报 告11 函数发生器的总方案及原理框图31.1 电路设计方案设计31.2 电路设计原理框图42设计的目的、任务及时间安排42.1 课程设计的目的42.4 时间安排53 各部分电路设计53.1 方波发生电路的工作原理53.2 方波-三角波转换电路的工作原理53.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理73.4电路的参数选择及计算93.5 总电

2、路图104电路的安装与调试104.1 方波-三角波发生电路的安装与调试104.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试114.3 总电路的安装与调试114.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法115电路的实验结果125.1 方波-三角波发生电路的实验结果125.2 三角波-正弦波转换电路的实验结果135.3 实测电路波形、误差分析及改进方法136实验总结137仪器仪表明细清单148 参考文献151 函数发生器的总方案及原理框图1.1 电路设计方案设计 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使

3、用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与二阶低通滤波器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，然而这种方法也有几套方案。方案一：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，用折线法将三角波转换成正弦波。此方案在执行时比较困难，原因

4、在于三角波到正弦波的转换上，折线法的参数很难确定。方案二：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，将三角波通过滤波电路实现到正弦波的转换。此方案很好，但是没采用，原因在于电路的前面部分比较繁琐，如果电路太繁琐，那么对后面的结果影响也就更大，会增大误差，故而放弃。方案三：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，用一个差分电路来实现波形的转换，。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

5、线性。但是最终不好调试，故而启弃用。方案四：在方案三的基础上进行了改进，用一个积分电路替代了前面的RC振荡回路，这样做起来就更简洁，焊点较少，那么负面影响也就相对会减小，故而采用了本方案。本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：由比较器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二阶低通滤波器来实现。二阶低通滤波器是在一阶的基础上再加上一个RC电路构成，能够很好的抑制低频率信号的通过，从而将处于低频率的三角波转换成为正弦波，实现波形变换。1.2 电路设计原理框图2设计的目的、任务及时间安排 2.1 课程设计的目的 1.进一步巩固简熟悉易信号

6、发生器的电路结构及电路原理并了解波形的转变方法 2.学会用简单的元器件及芯片制作简单的函数信号发生器，锻炼动手能力 3.学会调试电路并根据结果分析影响实验结果的各种可能的因素 4.培养综合应用所学知识来指导实践的能力 2.2 课程设计的任务与要求 1.设计方波三角波正弦波函数信号发生器 2.设计.组装.调试函数发生器； 2.3 课程设计的技术指标1.频率范围：10Hz-10KHz范围内可调2.输出电压：方波幅值小于24V；正弦波幅值大于1V； 三角幅值等于8V，占空比可调。 2.4 时间安排时间任务安排星期一（5.27）查找搜集资料星期二（5.28）学习研读实验原理星期三（5.29）组装焊接星

7、期四（5.30）调试，修改星期五（5.31）整理, 总结3 各部分电路设计3.1 方波发生电路的工作原理 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R3对电容C正向充电。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦U

8、n=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。3.2 方波-三角波转换电路的工作原理由于集成运放的反相输入端“虚地”，故 ；又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则，故,由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为： 由于输入的是方波，所以 的值为两个状态，当 0 时，输出波形以的斜率上升，当 U10时，输出波形以的斜率下降。上升和下降的斜率相等所以波形对称，形成三角波。 由以上公式可得比较器的电压传输特性a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积

9、分器的输出Uo2为 时，时，可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为 方波-三角波的频率f为%R17R3 5R2Rp13.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。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，可以有效的抑制零点漂移，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。分析表明，传输特性曲线的表达式为：式中差分放大器的恒定电流；

10、温度的电压当量，当室温为25度时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2） 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3） 图为实现三角波正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。3.4电路的参数选择及计算实物连线中，我们一开始很长时间调不出来标准的正弦波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.5

11、uf时，调试后效果不是特别明显，又将R7上并联了一个电阻，是电阻变小，衰减变慢。实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现，电阻越小，衰减的越慢。3.5 总电路图三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路4电路的安装与调试4.1 方波-三角波发生电路的安装与调试1.安装方波三角波产生电路1. 把LM324集成块插入插槽，注意布局；2. 分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。2. 方调试波三角波产生电路1. 接入电源后，用示波器进行双踪观察；2. 调节Rp2使三角波的幅值满足指标要求；3. 微调波形的频率；4. 观察示

12、波器，各指标达到要求后进行下一部安装。4.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试1. 安装三角波正弦波变换电路1. 在万用板上接入低通滤波电路；2. 搭生成直流源电路，注意各电阻的阻值选取；3. 接入各电容及电位器，注意电容型号的选取，尽量选电容值相等的电容；4. 按图接线，注意直流源的正负及接地端2. 调试三角波正弦波变换电路1. 接入直流源后，把C4接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2. 测试V1、V2的电容值，当不相等时调节RP4使其相等；3. 测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4. 在C4端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最

13、大不失真电压；4.3 总电路的安装与调试1. 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察2. 针对各阶段出现的问题，逐个排查校验，使其满足实验要求4.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法方波-三角波-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的,在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级调试。多调节电位器，了解电阻大小以及波形变化的一般规律。5电路的实验结果5.1 方波-三角波发生电路的实验结果 5.2 三角波-正弦波转换电路的实验结果5.3 实测电路波形、误差分析及改进方法1、 正弦波波峰波谷存在失真，原因是衰减过快，因此换小电容和电阻后，效果好转，但是不是每个人换过以后都能出来完美的

14、波形.2、 电阻的焊接正反，会产生影响。6实验总结在这次设计、焊接过程中我对抽象的理论有了进一步的认识。通过这次课程设计，我了解了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了焊接方法；以及如何分析实验存在的误差解决误差等等。虽然在学习原理的过程中暴露了书本知识不扎实的问题，但是经过老师的指点以及与同学的交流，我明白了信号发生器的原理，增长了知识，同时也肯定了自己的学习能力，对以后的课程设计重买了期待，老师耐心的引导大家想出问题的所在，让我们感觉到了追求知识的愉悦感，因此我心里特别开心。在调节波形的时候也遇到了一些问题，例如波形失真，有时候需要多次调节才能出现波形，也许因为自己的焊接技术不

15、好，在工艺上无形的改变了某些参数，对电路造成了许多的影响。还好在实验之前先查找资料，使得在实验调节过程中不至于盲目失措，真是那句古话“工欲善其事，必先利其器”，弄清原理对以后的焊接有方向性的指示作用，有利于后续的调波形以及误差分析。此课程的设计，真的让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。这能让我们很好的加深对不知道的理论知识的理解，也让我们深刻了解到了书本知识运用到实践的过程并不是一帆风顺的，还需要不断的实验与尝试。看到自己还算良好的实验作品，我觉得这一周的实习真的难能可贵，我体会到了亲手制作的快乐，也对以后的电子元器件产生了浓浓的兴趣，我觉得对于一件电子产品，除了问题，我能通过调试就能知道

16、他的问题，这种感觉真的很棒。作为理工科学生，在以后的学习过程中，我觉得只有打好理论知识基础，加上后期的动手尝试，才能有能力做一个优秀的电子产品监督人，才能在以后的工作中得心应手。7仪器仪表明细清单实验器具数量电子技术实验箱1台双踪示波器1台运 放7472片电位器50K100K1002只1只1只电 容470F10F 47F 1F 0.47F0.1F 2只1只1只1只1只1只三极管4只面包板1块钳子1只镊子1只导线四根 8 参考文献1、 童诗白主编模拟电子技术基础（第三版）北京高教出版社2、汪学典 电子技术基础课题 华中科技大学出版社3、毕满清 电子技术课题与课程设计 机械工业出版社4、康华光主编电子技术基础（第五版）高等教育出版社5、梁宗善 新型集成电路的应用 华中理工大学出版社6、崔瑞雪 张增良 电子技术动手实践 北京航空航天大学出版社7、胡宴如主编.模拟电子技术 高等教育出版社 15