函数信号发生器实验报告

函数发生器设计（1）一、设计任务和指标要求1、可调频率范围为10Hz~100Hz。2、可输出三角波、方波、正弦波。3、三角波、方波、正弦波信号输出的峰-峰值0~5V可调。4、三角波、方波、正弦波信号输出的直流电平-3V~3V可调。5、输出阻抗约600Ω。二、电路构成及元件参数的选择1、振荡器由于指标要求的振荡频率不高，对波形非线性无特殊要求。采用图1所示的电路。同时产生三角波和方波。图1振荡电路根据输出口的信号幅度要求，可得最大的信号幅度输出为：VM=5/2+3=5.5V采用对称双电源工作（±VCC），电源电压选择为：VCC≥VM+2V=7.5V取VCC=9V选取3.3V的稳压二极管，工作电流取5mA，则：VZ=VDZ+VD=3.3+0.7=4V为方波输出的峰值电压。OMZCCZ3ZZV-VV-1.5V-V9-1.5-4R==700ΩII5（）1AR4R2R1R3DZDZRW2AR5R7CVozVosR6Vi+取680Ω。取8.2KΩ。R1=R2/3=8.2/1.5=5.47（KΩ）取5.1KΩ。三角波输出的电压峰值为：VOSM=VZR1/R2=4×5.1/8.2=2.489（V）R4=R1∥R2=3.14KΩ取3KΩ。ZZV4RW=8K0.1~0.2I0.15（）（）取10KΩ。R6=RW/9=10/9=1.11（KΩ）取1KΩ。积分时间常数：取C=0.1uF，则：R5=4.019/0.1=40.19KΩ取39KΩ。取R7=R5=39KΩ。转换速率Z1maxOSMmax24VRf445.1100SR4Vf=0.995mSR8.2（V/）一般的集成运算放大电路都能满足要求。兼顾波形转换电路集成电路的使用。集成电路选用四运放LM324。LM324内含四个相同的运算放大器，其中两个用于振荡器，两个用于波形变换。三、振荡电路工作原理利用集成运算放大电路也可实现产生方波和三角波的信号发生器，电路主要由比较器和积分器构成。电路中，有源积分器由运算放大器2A及其外围电路积分电容C和电阻R5、R7组成。有源积分器的输出通过R1接至比较器1A的正输入端，积分器的输入电压由电位器分压取出，设RW与R6形成的分压系数为aw，则积分器的输入电压为Vi=±awVz。分压系数aw为：Z2ZV4R8K0.1I0.15（）251MAXR8.2RC=4.019mS4Rf45.1100（）1aRRRWw66即积分器的输入电压Vi的峰值电压通过调节电位器RW，可从W6Z6RRVR到VZ可调。设某时刻比较器输出VOZ=VZ，积分器的输入电压为+awVz。通过积分器积分使得VOS下降，比较器的正端输入电压Vi+跟随下降。当Vi+电压下降超过0V时，比较器将翻转VOZ=-VZ，Vi+突然变为负电压，此时为VOS的负峰电压-VOSM。VOSM的值为：Z1OSM2VRV=R比较器输出电压VOZ=-VZ又通过积分器使得VOS上升，当Vi+电压上升超过0V时，比较器又将翻转为VOZ=VZ，重复下一次的振荡。此时VOS为正峰电压+VOSM。振荡器输出VOZ为方波，峰值为稳压二极管所限定的电压VZ，VOS为三角波的输出电压，VOSM为三角波的峰值。振荡器的波形如图2。图2RC有源积分器振荡电路的信号波形在VOZ=-VZ期间（为振荡半周期T/2），积分器的积分时间常数约为5τ=RC，输出电压VOS：V-V-VV0tOSMOSMzzVozVosVozVosOSM5ZWOSM5ZWOSVtCRVaVdtCRVaV可见，VOS对时间为线性。当VOZ由-VZ变为VZ时，VOS=VOSM，则振荡频率f为：OSM5ZWOSMV2TCRVaV代入Z1OSM2VRV=R，并整理得频率为：w251aR1f==T4RRC可见改变aWw可改变频率，RW为频率调节电位器。改变电容C也可调节频率，通过开关，以10倍地切换容量可获得10倍的频率档位扩展。四、f范围设计补充电位器主要是完成频率调节功能，它是通过调节积分器的输入电压幅度来调节频率的。它和R6一起决定分压aw，根据设计要求的频率调节范围确定。设频率调节范围：fmax/fmin=10，则要求aw变化范围是0.1～1。电位器滑动端到上端时，aw=1，在最下端时aw=0.1，要求：66R=0.1R+RW即R6=RW/9实际上，为覆盖所要求的频率范围，比值要稍小于0.1才能得到比较好的结果。同时也考虑对稳压二极管的负载效应，电阻取值不能过小，取电位器RW阻值：ZZVRW=0.1~0.2I（）五、积分电路元件R5、C设计补充R5和C的值应根据振荡频率f来确定，当R1和R2的vvv值确定后，由频率计算公式w251aR1f==T4RRC确定。当频率取最大值fmax时，aw=1，有：R5C的值确定之后，R5的大小可由以下几个方面考虑：R5251maxRRC=4Rf取值大，有利于提高积分器的输入电阻，但会是电容C减小，加剧积分漂移。R5取得过小，则电容C将增大，而大容量电容又有漏电和体积大方面的问题，所以，R5和C的选择原则应该是：在满足积分器输入电阻的情况下，尽量选取较小的电阻R5和较大的电容C。一般取R5≥（5~10）RW，但积分电容一般都不超过1uF为宜。按十的倍率改变C，理论上频率将有相应的十倍率变化。积分器的平衡电阻R7≈R5。六、附总电路图231411U1ALM324567411U1BLM3249108411U1CLM324141312411U1DLM324R15.1KR28.2KR3680R43KR539KR739KR61KR839KR97.5KR1012KR111MR121MR13100R14100R15100KR161KR171KR2330KR19150KR20150KR213.9KR223.9KRW110KD13.3VD23.3V-9VC0.1uF-9VRW250KRW31KD31N4148D41N4148J3DJ6FRW41MRW610K23568147ULM741-9V+9VRW550K*R24560输出RW710KVCC-VCC-9V-9VR1850K+9V+9V+9V+9V直流电平调节频率调节幅度调节函数发生器电路图3001K调试步骤：1.根据原理图在面包板插好电路2.加上电源，在R16R17RBW5接上示波器探头，看看是否有三角波正弦波方波出现。3.如果没有方波就检查RW1之前的电路，看看是否有短路开路以及元件是否接错，原件是否有烧坏4.如果有方波没有三角波就检查RW1到R16的电路，看看是否有短路开路以及元件是否接错，原件是否有烧坏，以及集成芯片是否有工作电压5.如果有三角波方波没有正弦波，就调节RW3和RW4，还有检查电路是否出问题6.这三个波形都出来之后，调节各个电位器，使各点的输出的幅度一样，再加入后面的统调电路。7.统调电路接好之后，先再函数信号输出几个同幅度的方波三角波正弦波，加到统调电路上，如果正常工作就直接加上后面的电路，如果不正常就检查电路，看看哪里有问题，按上面的步骤检查，统调正常工作之后再加入电路。8.统调之后按要求调出幅度频率记录数值实验心得：本次实验学会了分析电路，先部分，再整体，部分再分各个元件，有可变元件的接上电路之后把可调元件都调一遍，看是否达到所需要的要求，最主要的还是心细认真，分析。