簡易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路的研究

1、目錄目錄實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 簡易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路的研究簡易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路的研究目錄目錄一、一、實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 目目 的的二、二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理三、三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器件實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器件五、五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、實(shí)四、實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 儀儀 器器六、預(yù)習(xí)要求及思考題六、預(yù)習(xí)要求及思考題目錄目錄一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1通過實(shí)驗(yàn)掌握由運(yùn)算放大器構(gòu)成正弦波振蕩通過實(shí)驗(yàn)掌握由運(yùn)算放大器構(gòu)成正弦波振蕩電路的原理與設(shè)計(jì)方法。電路的原理與設(shè)計(jì)方法。 2通過實(shí)驗(yàn)掌握由運(yùn)算放大器構(gòu)成方波和三角通過實(shí)驗(yàn)掌握由運(yùn)算放大器構(gòu)成方波和三角波振蕩電路的原理與設(shè)計(jì)方法。波振蕩電路的原理與設(shè)計(jì)方法。 3通過實(shí)驗(yàn)了解函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的調(diào)整和主

2、要通過實(shí)驗(yàn)了解函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。性能指標(biāo)的測(cè)試方法。目錄目錄二二 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理1函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生方案 對(duì)于函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生電路，一般有多種實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)于函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生電路，一般有多種實(shí)現(xiàn)方案，如如模擬電路實(shí)現(xiàn)方案、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方案模擬電路實(shí)現(xiàn)方案、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方案(如如DDS方方式式)、模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案等。等。 數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案：數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案：一般可事先在存儲(chǔ)器里一般可事先在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)好函數(shù)信號(hào)波形，再用存儲(chǔ)好函數(shù)信號(hào)波形，再用D/AD/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行逐點(diǎn)恢復(fù)。轉(zhuǎn)換器進(jìn)行逐點(diǎn)恢復(fù)。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號(hào)波形的存這種方案的波形精度

3、主要取決于函數(shù)信號(hào)波形的存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)、儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)、D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個(gè)電路的時(shí)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個(gè)電路的時(shí)序處理等。其信號(hào)頻率的高低，是通過改變序處理等。其信號(hào)頻率的高低，是通過改變D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來實(shí)現(xiàn)的。器輸入數(shù)字量的速率來實(shí)現(xiàn)的。目錄目錄 模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案：模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案：是指全部采用模擬電路的方式，是指全部采用模擬電路的方式，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的所有功能，本實(shí)驗(yàn)的函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生電以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的所有功能，本實(shí)驗(yàn)的函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生電路采用全模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案。路采用全模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案。 對(duì)于波形產(chǎn)生電路的模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案，也有幾種電對(duì)于波形產(chǎn)

4、生電路的模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案，也有幾種電路方式可供選擇。本實(shí)驗(yàn)選用最常用的，線路比較簡單的電路方式可供選擇。本實(shí)驗(yàn)選用最常用的，線路比較簡單的電路加以分析。如用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后用過路加以分析。如用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，其電路框零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，其電路框圖如圖圖如圖6.1所示。所示。圖6.1模擬電路實(shí)現(xiàn)方案框圖 目錄目錄2R C橋式正弦振蕩電路橋式正弦振蕩電路 RC橋式正弦振蕩電路如圖橋式正弦振蕩電路如圖6.2所示。其中所示。其中R1、C1和和R2、C2為串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，接為串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，接于

5、運(yùn)算放大器的輸出與同相于運(yùn)算放大器的輸出與同相輸入端之間，構(gòu)成正反饋，輸入端之間，構(gòu)成正反饋，以產(chǎn)生正弦自激振蕩。以產(chǎn)生正弦自激振蕩。 R3、RW及及R4組成負(fù)反饋組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)RW可改變負(fù)反饋可改變負(fù)反饋的反饋系數(shù)，從而調(diào)節(jié)放大的反饋系數(shù)，從而調(diào)節(jié)放大電路的電壓增益，使電壓增電路的電壓增益，使電壓增益滿足振蕩的幅度條件。益滿足振蕩的幅度條件。圖6.2 R C橋式正弦振蕩電路 目錄目錄 為了使振蕩幅度穩(wěn)定，通常在放為了使振蕩幅度穩(wěn)定，通常在放大電路的負(fù)反饋回路里加入非線性大電路的負(fù)反饋回路里加入非線性元件來自動(dòng)調(diào)整負(fù)反饋放大電路的元件來自動(dòng)調(diào)整負(fù)反饋放大電路的增益，從而維持輸出

6、電壓幅度的穩(wěn)增益，從而維持輸出電壓幅度的穩(wěn)定。圖中的兩個(gè)二極管定。圖中的兩個(gè)二極管D1，D2便是便是穩(wěn)幅元件。當(dāng)輸出電壓的幅度較小穩(wěn)幅元件。當(dāng)輸出電壓的幅度較小時(shí)，電阻時(shí)，電阻R4兩端的電壓低，二極管兩端的電壓低，二極管D1、D2截止，負(fù)反饋系數(shù)由截止，負(fù)反饋系數(shù)由R3、RW及及R4決定；當(dāng)輸出電壓的幅度決定；當(dāng)輸出電壓的幅度增加到一定程度時(shí)，二極管增加到一定程度時(shí)，二極管D1、D2在正負(fù)半周輪流工作，其動(dòng)態(tài)電阻在正負(fù)半周輪流工作，其動(dòng)態(tài)電阻與與R4并聯(lián)，使負(fù)反饋系數(shù)加大，電并聯(lián)，使負(fù)反饋系數(shù)加大，電壓增益下降。輸出電壓的幅度越大，壓增益下降。輸出電壓的幅度越大，二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，電壓增益

7、二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，電壓增益也越小，輸出電壓的幅度保持基本也越小，輸出電壓的幅度保持基本穩(wěn)定。穩(wěn)定。目錄目錄313RRf313RRf)/(4DWfrRRRRCf2123RRf圖6.2 R C橋式正弦振蕩電路 當(dāng)：當(dāng)：R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)時(shí)電路的振蕩頻率電路的振蕩頻率 ：起振的幅值條件起振的幅值條件 ： 為了維持振蕩輸出，必須讓為了維持振蕩輸出，必須讓 為了保證電路起振，為了保證電路起振，目錄目錄 調(diào)整電阻調(diào)整電阻RW （即改變（即改變了反饋了反饋R f ），使電路起振，），使電路起振，且波形失真最小。如不能起且波形失真最小。如不能起振，則說明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)振，則說明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)

8、適當(dāng)加大適當(dāng)加大R f ，如波形失真，如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減少嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減少R f。 改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C 或或R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容一般采用改變電容C 作頻率作頻率量程切換（粗調(diào)），而調(diào)節(jié)量程切換（粗調(diào)），而調(diào)節(jié)R作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。圖6.2 R C橋式正弦振蕩電路 目錄目錄 由圖6.3可知 ： 電路翻轉(zhuǎn)時(shí)： 即得： 圖6.3 遲滯比較器1202121PiRRVVVRRRR0PNVV021VRRVVthi圖6.4 遲滯比較器電壓傳輸特性3比較器比較器 遲滯比較器的電路圖如圖遲滯比較器的電路圖如圖6.3所示。該比

9、較器是一個(gè)具有遲滯回所示。該比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。由于正反饋?zhàn)饔茫@種比較器的門限電壓是隨輸環(huán)傳輸特性的比較器。由于正反饋?zhàn)饔茫@種比較器的門限電壓是隨輸出電壓出電壓V0的變化而變化。在實(shí)際電路中為了滿足負(fù)載的需要，通常在的變化而變化。在實(shí)際電路中為了滿足負(fù)載的需要，通常在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的 和和 。OHVOLV目錄目錄4方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器 由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器，由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。

10、如圖積分器兩大部分。如圖6.5所示所示為由遲滯比較器和集成運(yùn)放組成的積分電路所構(gòu)成的方為由遲滯比較器和集成運(yùn)放組成的積分電路所構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器。波和三角波發(fā)生器。圖6.5 方波和三角波發(fā)生器電路目錄目錄4.1方波和三角波發(fā)生器的工作原理方波和三角波發(fā)生器的工作原理 A1構(gòu)成遲滯比較器，同相端電位構(gòu)成遲滯比較器，同相端電位Vp由由VO1和和VO2決定。決定。利用疊加定理可得：利用疊加定理可得： 當(dāng)當(dāng) Vp0時(shí)時(shí) A1輸出為正，即輸出為正，即VO1 = +Vz；當(dāng)；當(dāng) Vp0時(shí)，時(shí)， A1輸出為負(fù)輸出為負(fù) 即即 VO1 = -Vz0212201121VRRRVRRRVP目錄目錄A2構(gòu)成反相

11、積分器構(gòu)成反相積分器 VO1為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)， VO2 向正向變化，向正向變化， VO1 為正時(shí)，為正時(shí)， VO2 向負(fù)向負(fù)向變化。假設(shè)電源接通時(shí)向變化。假設(shè)電源接通時(shí)VO1 = -Vz，線性增加。，線性增加。當(dāng)：當(dāng)： 時(shí)，可得：時(shí)，可得：當(dāng)當(dāng)VO2上升到使上升到使Vp略高于略高于0v時(shí)，時(shí)，A1的輸出翻轉(zhuǎn)到的輸出翻轉(zhuǎn)到VO1 = +Vz 。 ZVRRV21020)()(21122121ZZPVRRRRRVRRRV目錄目錄 同樣同樣 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)VO2下降到使下降到使Vp略低于略低于0時(shí)，時(shí)， VO1 = - Vz 。這樣不斷的重。這樣不斷的重復(fù)，就可以得到方波復(fù)，就可以得到方波VO1 和三角波和三

12、角波VO2 。其輸出波形如圖。其輸出波形如圖6.6所示。輸出方波的幅值由穩(wěn)壓所示。輸出方波的幅值由穩(wěn)壓管管DZ決定決定 ，被限制在穩(wěn)壓值，被限制在穩(wěn)壓值Vz之間。之間。電路的振蕩頻率：電路的振蕩頻率： 方波幅值方波幅值 ： =三角波幅值：三角波幅值： = 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 可改變振蕩頻率，可改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之而變化。但三角波的幅值也隨之而變化。ZVRRV210202V01V2014WRfRRCZV21RRZVWR目錄目錄 三三 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 1.直流電源：直流電源：12V； 2.雙蹤示波器；雙蹤示波器； 3.交流毫伏表；交流毫伏表； 4.頻率計(jì)；頻率計(jì)； 5.集成運(yùn)算放

13、大器：集成運(yùn)算放大器：LM324 ； 6. ； 7.電阻器、電容器若干只。電阻器、電容器若干只。 12,D D4148 2IN目錄目錄四四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 按照?qǐng)D6.7所示連接電路，首先將K1斷開、K2閉合分別進(jìn)行RC橋式正弦波振蕩器和方波、三角波發(fā)生器的調(diào)試。然后將K1閉合、K2斷開進(jìn)行函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路的聯(lián)調(diào)。 圖6.7 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路目錄目錄1.RC橋式正弦波振蕩器橋式正弦波振蕩器 （1）通）通12V電源，緩慢調(diào)節(jié)電位器電源，緩慢調(diào)節(jié)電位器RW1使電路使電路起振，并定性描繪出起振，并定性描繪出V01的波形，仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器的波形，仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器RW1，使電路輸出較好的正弦波形，使

14、電路輸出較好的正弦波形，測(cè)出振蕩頻測(cè)出振蕩頻率和幅度以及相對(duì)應(yīng)的率和幅度以及相對(duì)應(yīng)的RW1值。值。 （2）在）在R1、R2或或C1、C2上并接同值電阻或電容，上并接同值電阻或電容，用示波器觀察輸出電壓波形，并測(cè)出相應(yīng)頻率，用示波器觀察輸出電壓波形，并測(cè)出相應(yīng)頻率，了解振蕩頻率的調(diào)整方法。了解振蕩頻率的調(diào)整方法。（3）將兩個(gè)二極管斷開，觀察輸出波形有什么變化，）將兩個(gè)二極管斷開，觀察輸出波形有什么變化，并分析并分析D1、D2的穩(wěn)幅作用。的穩(wěn)幅作用。 目錄目錄2.方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器（K1斷開、斷開、K2接通）接通）（1）將）將RW2調(diào)到合適的位置上，用雙蹤示波器觀察調(diào)到合適的位置

15、上，用雙蹤示波器觀察V02、V03波形，并記錄此時(shí)輸出波形的波形、幅值、頻率及波形，并記錄此時(shí)輸出波形的波形、幅值、頻率及RW2的值。的值。（2）調(diào)整）調(diào)整RW2的位置，觀察對(duì)的位置，觀察對(duì)V02、V03波形頻率和幅值的波形頻率和幅值的影響。影響。（3）改變）改變R5（或（或R6）的值，觀察對(duì)的值，觀察對(duì)V02、V03波形、頻率和波形、頻率和幅值的影響。幅值的影響。3. 聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)（K1接通、接通、K2斷開）斷開） 用雙蹤示波器觀察用雙蹤示波器觀察V01、V02、V03的波形，開的波形，開記錄相關(guān)頻率、記錄相關(guān)頻率、幅度數(shù)據(jù)。幅度數(shù)據(jù)。目錄目錄五五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1.列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波

16、形，把實(shí)列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形，把實(shí)測(cè)頻率與理論值進(jìn)行比較。測(cè)頻率與理論值進(jìn)行比較。 2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析RC振蕩器的振幅條件。振蕩器的振幅條件。 3.討論二極管討論二極管D1、D2的穩(wěn)幅作用。的穩(wěn)幅作用。 4.在同一張坐標(biāo)紙上，按比例畫出正弦波、在同一張坐標(biāo)紙上，按比例畫出正弦波、方波及三角波的波形，并標(biāo)明周期和電方波及三角波的波形，并標(biāo)明周期和電壓幅值。壓幅值。 5.分析并討論分析并討論R5、R6和和RW2的改變對(duì)三的改變對(duì)三角波幅值和頻率的影響。角波幅值和頻率的影響。目錄目錄六六 預(yù)習(xí)要求及思考題預(yù)習(xí)要求及思考題 1復(fù)習(xí)有關(guān)復(fù)習(xí)有關(guān)RC正弦波振蕩器、三角波及方波正弦波振蕩器、三角波及方波發(fā)生器的工作原理。發(fā)生器的工作原理。 2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格 3理解電路振蕩的條件？為