模電函數(shù)信號發(fā)生器實驗報告

電子電路模擬綜合實驗實驗1函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與調(diào)測摘要使用運放組成的積分電路產(chǎn)生一定頻率和周期的三角波、方波（提高要求中通過改變積分電路兩段的積分常數(shù)從而產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時改變方波的占空比），將三角波信號接入下級差動放大電路（電流鏡提供工作電流），利用三極管線性區(qū)及飽和區(qū)的放大特性產(chǎn)生正弦波電壓并輸出。關(guān)鍵詞運放積分電路差動發(fā)達電路 鏡像電流源實驗內(nèi)容基本要求：設(shè)計制作一個可輸出正弦波、三角波和方波信號的函數(shù)信號發(fā)生器。輸出頻率能在1-10KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，無明顯失真；方波輸出電壓Uopp=12V，上升、下降沿小于10us，占空比可調(diào)范圍30%-70%；三角波Uopp=8V；正弦波Uopp>1V。設(shè)計該電路的電源電路（不要求實際搭建），用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）提高要求：三種輸出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。三種輸出波形的輸出阻抗小于100歐。用PROTEL軟件繪制完整的印制電路板圖（PCB）。設(shè)計思路、總體結(jié)構(gòu)框圖分段設(shè)計，首先產(chǎn)生方波-三角波，再與差動放大電路相連。正弦波產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路分塊電路和總體電路的設(shè)計（1）方波-三角波產(chǎn)生電路：首先，穩(wěn)壓管采用既定原件2DW232，保證了輸出方波電壓Uo1的峰峰值為12V，基本要求三角波輸出電壓峰峰值為8V，考慮到平衡電阻R3的取值問題，且要保證R1/Rf=2/3,計算決定令Rf=12K，R1=8K，R3=5K。又由方波的上升、下降沿要求，第一級運放采用轉(zhuǎn)換速度很快的LM318，Ro為輸出限流電阻，不宜太大，最后采用1K歐電阻。二級運放對轉(zhuǎn)換速度要求不是很高，故采用UA741。考慮到電容C1不宜過小，不然誤差可能較大，故C1=0.1uF，最后根據(jù)公式，Rw抽頭位于中點時R2的值約為300歐，進而確定平衡電阻R4的阻值?？紤]到電路的安全問題，在滑阻的接地端串接了一個1K的電阻。（注：實際調(diào)測時因為滑阻轉(zhuǎn)動不太方便，所以通過不斷換滑阻的方式確定適當(dāng)頻率要求下Rw的阻值，我的電路最后使用的是1K歐的滑阻）（2）正弦波產(chǎn)生電路：電容C2，C3，C4為隔直電容，根據(jù)電路實際情況，采用10uF的足夠了，調(diào)測效果也很好。C5為濾波電容，需要根據(jù)最后的正弦波波形選擇最合適的，我的電路最后采用的是4700pF。T1,T2,T3,T4采用8050NPN管。根據(jù)電路要求電流鏡電流為1mA，以保證T1,T2的集電極電流都是0.5mA，由于正負(fù)電壓的大小都是12V，Re3,Re4又不能太大（有負(fù)反饋），故最后令R=18K,Re3=Re4=Re5=5K（其中Re5為電流鏡的負(fù)載，需要與之匹配）Rp2為調(diào)零電阻，100歐就可以。Rb1,Rb2為差放的基極電阻，對整個放大影響不大，都采用50歐以減小電路輸出阻抗。Rc1,Rc2為集電極負(fù)載，需要足夠大以保證正弦電壓的放大倍數(shù)，選擇18K歐的電阻。Rp1理論上是用于調(diào)節(jié)輸出正弦波電壓的幅值的，但是實際調(diào)測中，它的大小還會影響到前一級電路，在不斷調(diào)測中決定使用10K歐的滑阻。（3）提高之三角波幅度可調(diào)：一者可以在Uo2的輸出口接上一個分壓電路（使用滑阻），這樣只改變輸出三角波幅值，不會影響其他電路。二者可以利用三角波產(chǎn)生的原理，改變R1和Rf的比值?？紤]到后者實現(xiàn)的難度稍小，所以采用第二種方法，在Rf支路上串聯(lián)一個10K歐的滑阻，最后可以實現(xiàn)賦值及頻率同時可調(diào)。（4）方波占空比可調(diào)：只需改變正負(fù)積分電路的積分常數(shù)即可，由此聯(lián)想到鋸齒波電壓的產(chǎn)生電路，將R2替換為兩條支路，用不同方向的二極管控制電路的通斷。最后成功輸出鋸齒波電壓和占空比可調(diào)的方波電壓。電路仿真的實現(xiàn)（Multisim）：電路圖：方波波形：三角波波形：正弦波波形：PCB布板圖：所實現(xiàn)功能說明接入工作電壓后可以產(chǎn)生頻率、幅度可調(diào)的方波、三角波、正弦波電壓波形。主要測試數(shù)據(jù)為頻率F可調(diào)節(jié)的范圍，幅值最大是否符合要求，后級差動放大電路的直流工作點以及頻率變化時輸出正弦波電壓幅值的微小變化。測試方法：利用直流電壓元產(chǎn)生工作電壓，用示波器測試輸出電壓波形、幅值、頻率等，用電壓表測量Re，Rc兩端電壓，并計算得到二者的工作電流。故障及問題分析方波的峰峰值過低或者過大，穩(wěn)壓管沒有起到相應(yīng)的作用。通過不斷改變Ro的值（由于Rw改變不方便，還調(diào)過它）最終得到滿足要求的波形。三角波的上升沿比較粗，下降沿比較細(xì)。通過改變R2和C1的值不斷改變波形頻率，最后得到相對對稱的三角波上升下降沿。后級在直流工作點正常的情況下，沒有正弦波的輸出波形。通過逐段測試發(fā)現(xiàn)在信號經(jīng)過Rp1后就已經(jīng)為零了，這個滑阻本應(yīng)是調(diào)節(jié)正弦波的幅度的，但粗淺分析應(yīng)該會影響到前級的積分電路，將之換上一個調(diào)節(jié)方便的10K歐電阻，調(diào)解過程中發(fā)現(xiàn)確實有所影響，在不斷調(diào)節(jié)下得到了輸出的正弦波波形。正弦波輸出端輸出的是三角波電壓，解決方式是調(diào)整濾波電容的值，使之達到濾波的效果，最后輸出比較圓滑的正弦波。擴展的時候想用發(fā)光二極管指示輸出的波形為何種類型，但是因為電路工作電壓比較特殊，LED加到很多位置都是直接不發(fā)光，還破壞了電路本身的功能，即使能發(fā)光，也會嚴(yán)重影響輸出波形的完整性。這個問題一直沒得到解決，在驗收完之后將占空比擴展電路中的兩個二極管換成了LED，可以正常發(fā)光，只是稍微影響了點輸出電壓的頻率。在調(diào)節(jié)輸出電壓頻率的時候，最后的正弦波電壓輸出幅度會有較大的改變，這應(yīng)是后級差放電路還不夠穩(wěn)定，幾個電容的值還不是很好導(dǎo)致的，因為當(dāng)時已經(jīng)驗收了，后來也就沒有調(diào)測?？偨Y(jié)和結(jié)論通過這次綜合實驗，復(fù)習(xí)了上學(xué)期比較重要的模電知識，初窺了部分自己設(shè)計電路的難點，各個原件的數(shù)值需要事先確定。加強了對電路的整體把握能力，從一開始簡單地搭建一塊面包板到后來相對比較有條理、比較美觀的面包板，這是一個質(zhì)的改變，絕對會對將來的電路實驗影響很大。在排原件的的過程中也深深地感到制作一塊集成度很高的PCB板是多么的不容易?？傊?，這次實驗的好處現(xiàn)在看來可能不太明顯，但一定會在將來慢慢體現(xiàn)出來。所用元器件及測試儀表清單元器件R(Ω)個數(shù)8K112K1