项目5 函数信号发生器的测试与设计

模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室模块5-1正弦波振荡器的测试项目5函数信号发生器的测试与设计实训5函数信号发生器的设计模块5-2非正弦波振荡器的测试模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室模块5-1正弦波振荡器的测试正弦波振荡电路的振荡条件模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室振幅平衡条件:1AFFAn2fa(n＝0,1,2,…)相位平衡条件:正弦波振荡电路一般由放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路四部分组成。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-1-1RC正弦波振荡器的测试①按图5-2画仿真电路。观察示波器上的输出电压波形，测试输出电压幅度，此时应有Uom=，测试输出电压频率，此时应有f=。与理论值相比较。分析误差原因。②保持步骤①，改变电容C1，电容C2值为10nF，测试输出电压幅度，此时应有Uom=，测试输出电压频率，此时应有f=。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-1-1RC正弦波振荡器的测试③保持步骤①，改变电阻R1，R3值为5.1kΩ，测试输出电压幅度，此时应有Uom=，测试输出电压频率，此时应有f=。结论：RC振荡器的频率主要和（电容C1、C`和电阻R1、R3）有关。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-1-1RC正弦波振荡器的测试④保持步骤①，改变电阻R5的值为5.1kΩ，观察电路能否起振，逐渐增大R5的值，观察电路的起振情况。⑤保持步骤①，在输入的一端加入正弦信号，观察电路的谐振特性，如图5-3所示，进行交流分析，设置频率范围为1KHZ～30KHZ,测量出谐振频率为10.0000KHZ。符合要求，若频率太高或太低，可以调节电阻R1和R3的值。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室RC正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路有桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路RAR1CCRfRoU选频网络放大电路ifUUZ1Z2集成运放和电阻R1、Rf所组成的电压串联负反馈放大电路选频网络由Z1、Z2组成，同时兼作正反馈网络。Z1、Z2和R1、Rf正好形成一个四臂电桥模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室2．RC串并联选频网络的选频特性a）幅频响应b）相频响应图5-5RC串并联选频网络的频率响应模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室3．振荡的建立与稳定4．振荡频率与振荡波形由图5-5可知，经RC选频网络传输到运放同相端的电压与同相，即有f=0和a+f=2n。这样，放大电路和由Z1、Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足式（5.3）的相位平衡条件，因而有可能振荡。适当调整负反馈的强弱，使Au的值略大于3时，其输出波形为正弦波模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室5．稳幅措施uoR1RP1TAVDRP2RP3RP4C11R5R4R3R2C12C13C21C22C23C3图5-6RC桥式振荡电路中的JFET稳幅电路模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-1-2LC正弦波振荡器的测试①按图5-7画仿真电路。观察示波器上的输出电压波形，用数字存储示波器观察电感L1两端的输出电压波形，用频率计测量其输出频率，记录所测频率并与计算值f0作比较。此时应有f0=。结论：反馈式LC正弦波振荡电路（能/不能）在无外加输入信号的情况下产生正弦波信号。从接通电源到振荡电路输出较稳定的正弦波振荡信号（需要/不需要）经过一段时间，即LC正弦波振荡器（存在/不存在）起振与平衡两个阶段。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-1-2LC正弦波振荡器的测试②短接电感L1，使振荡器停振，并测量三极管的发射极电压；然后调节电位器RW的值以调整静态工作点，使UE＝1V，并计算出电流IE（IE≈1V/1kΩ）。③频率可调范围的测量：改变电容C5，调整振荡器的输出频率，并找出振荡器的最高频率fmax和最低频率fmin。将结果填入表5-1中表5-1电容C5对频率的影响C2(PF)100300100020002500f(kHz)fmax=,fmin=。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-1-2LC正弦波振荡器的测试④振幅稳定度的测量：由原理可知电容三点式振荡器的反馈系数F＝C4/C5。按下表改变电容C5的值，在振荡器输出端测量振荡器的输出幅度UO（保持UE＝1V），记录相应的数据，并绘制UO＝f(C)曲线。表5-2电容C5对振幅的影响C5(PF)100300100020002500UO(p-p)结论：电容三点式振荡器（能/不能）在无外加输入信号的情况下产生正弦波信号。电容三点式振荡器的频率可调范围(较小/较大)，适用作(变频/固频)振荡器，输出信号的频率稳定度（较好/较差）。当改变电容大小调整振荡频率时，输出信号的振幅稳定度（较好/较差）。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室LC正弦波振荡电路LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，一般在1MHz以上。LC和RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同，它们在电路组成方面的主要区别是，RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成，而LC振荡电路的选频网络则由电感和电容组成。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室1．LC选频放大电路（1）并联谐振回路图5-8LC并联谐振回路模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室（2）选频放大电路图5-10单回路小信号选频放大电路模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室2．三点式LC振荡电路a）电感三点式电路b）电容三点式电路图5-11LC三点式振荡电路的结构示意图（高频交流通路）模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室模块5-2非正弦波振荡器的测试模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-2-1矩形波振荡器的测试①按图5-18画仿真电路。用示波器观察振荡器波形为（正弦波/方波/三角波），用数字存储示波器的测量功能，测量振幅和频率并记录：Uom＝V，fo＝MHz。②改变电容C1值为1uH，测试输出电压频率，此时应有fo=。③调节电位器Rf2，用示波器观察振荡器波形频率的变化情况。结论：方波振荡器的频率主要取决于（电容C1/反馈电阻Rf2/都有关）。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室方波发生电路它是在迟滞比较器的基础上增加了一个Rf，C组成的积分电路所构成，其中的Rf，C支路由输出引入到反相输入端，实际上起到了负反馈并具有延迟作用。通过Rf、C充放电实现输出状态的自动转换。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室图5-20矩形波发生电路模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室任务5-2-2三角波波振荡器的测试②改变电容C1值为1uH，测试输出电压频率，此时应有fo=。③调节电位器Rf2，用示波器观察振荡器波形频率的变化情况。结论：方波振荡器的频率主要取决于（电容C1/反馈电阻Rf2/都有关）。①按图5-21画仿真电路。用示波器观察振荡器波形为（正弦波/方波/三角波），用数字存储示波器的测量功能，测量振幅和频率并记录：Uom＝V，fo＝MHz。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室三角波发生电路图5-22三角波发生电路模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室实训5函数信号发生器的设计1．设计指标①输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；②均为双极性；③输出阻抗均为50；④输出为方波时，输出峰值为0～5V可调，输出频率为200Hz～2kHz可调；⑤输出为锯齿波时，输出峰值为0～5V可调，输出频率为200Hz～2kHz可调。2．任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路性能检测、设计文档编写。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室3．设计内容（示例）：（1）方波信号发生器R2Rf1R3D1R4+15V–15VR1213C1R5576R6R7Rf248IC1BIC1A4.7k5.1k100k6.8k3.3k10kD21N47404.7k50ΩLF353LF35333nF方波1k1）电路原理图的设计模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室①运算放大器的选择根据指标要求，这里主要考虑双电源、通用、无需调零型的运放，可选择LF353②R1和R2的选择R1和R2一般在几千欧到几十千欧之间，这里选R1=4.7k，R2=5.1k。③Rf1、Rf2和C的选择当满足R1/(R1+R2)=0.47时，f0≈1/(2RfC)=1/[2(Rf1+Rf2)C]。若f0不是很低，C可选1F以下，Rf1可选几千欧，图中，Rf2应为电位器。设C=0.033F，当Rf2=0时，应有f0≈1/(2Rf1C)=2000Hz，由此可得Rf1=7.5k；当Rf2为最大时，应有f0≈1/[2(Rf1+Rf2)C]=200Hz，由此可得Rf2=68.4k。暂取Rf1=6.8k和Rf2=100k的电位器。模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室④电源电压的选择取LF353的电源电压为15V左右。⑤稳压二极管的选择考虑输出电压和电源电压的要求，可选稳压二极管为1N4740，其稳压值约为10V。⑥R3、R4、R5和R6的选择R4和R6一般在几千欧到几十千欧之间，为实现输出电压可调，R6应为可调电位器。由于输入电压约为10V，而输出电压要求最大为5V，因此，可选R4为10k，R6为4.7k的电位器。R5为平衡电阻R5=R4//R6≈3.3kR3为稳压二极管限流电阻暂取R3=1k模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室（2）三角波信号发生器1）电路原理图的设计R2R3D1R4+15V–15VR1213R5576R6R10R7+15VR8213C1–15V4848IC2AIC1BIC1A三角波10k10k4.7k50k4.7k330Ω3.3kD21N47404.7k10kR950ΩLF353LF353LF35333nF图5-24三角波信号发生器电路模拟电子技术与应用-----项目5函数信号发生器的测试与设计南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室①运算放大器的选择