电路实验报告函数信号发生器

电子电路综合设计实验
电子电路综合设计实验电子电路综合设计实验
电子电路综合设计实验




实验一
实验一实验一
实验一

函数信号发生器的设计与调测
函数信号发生器的设计与调测函数信号发生器的设计与调测
函数信号发生器的设计与调测












班级
班级班级
班级：
：：
：2009211108
20092111082009211108
2009211108


姓名
姓名姓名
姓名：
：：
：范灵均
范灵均范灵均
范灵均


学号
学号学号
学号：
：：
：09210238
0921023809210238
09210238


小班序号
小班序号小班序号
小班序号：
：：
：26
2626
26









课题名称
课题名称课题名称
课题名称

函数信号发生器的设计与实现
函数信号发生器的设计与实现函数信号发生器的设计与实现
函数信号发生器的设计与实现




一
一一
一、
、、
、

摘要
摘要摘要
摘要

函数信号发生器是一种为电子测量提供符合一定要求的电信号的仪器，可
产生不同波形、频率和幅度的信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测
定电路的一些电参量,用信号发生器来模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信
号
。信号发生器可按照产生信号产生的波形特征来划分：音频信号源、函数信号源、
功率函数发生器、脉冲信号源、任意函数发生器、任意波形发生器。信号发生器用
途广泛，有多种测试和校准功能。本实验设计的函数信号发生器可产生方波、三角
波和正弦波这三种波形，其输出频率可在1KHz至10KHz范围内连续可调。三种波形的
幅值及方波的占空比均在一定范围内可调。报告将详细介绍设计思路和与所选用元
件的参数的设计依据和方法。





二
二二
二、
、、
、关键词
关键词关键词
关键词

函数信号发生器 迟滞电压比较器 积分器 差分放大电路 波形变换

三
三三
三、
、、
、设计任务要求
设计任务要求设计任务要求
设计任务要求：
：：
：

（
（（
（1
11
1）
））
）基本要求
基本要求基本要求
基本要求：
：：
：


1、设计一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数信号发生器。
2、输出频率能在1-10KHZ范围内连续可调，无明显是真；
3、方波输出电压Uopp≥12V，上升，下降沿小于10us，占空比可调范围30%-70%；
4、三角波输出电压Uopp≥8V；
5、正弦波输出电压Uopp≥1V；
6、设计该电

源的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理
图（SCH）。
（
（（
（2
22
2）
））
）提高要求
提高要求提高要求
提高要求：
：：
：

1、三种输出波形的峰峰值Uopp均在1V-10V范围内连续可调。
2、三种输出波形的输出阻抗小于100。
3、用PROTEL软件绘制完整的印制电路板图（PCB）。
（
（（
（3
33
3）
））
）探究环节
探究环节探究环节
探究环节：
：：
：


1、显示出当前输入信号的种类、大小和频率（实验演示或详细设计方案）。
2、提供其他函数信号发生器的设计方案（通过仿真或实验结果加以证明）。

四
四四
四、
、、
、设计思路和总体结构框图
设计思路和总体结构框图设计思路和总体结构框图
设计思路和总体结构框图

（
（（
（1
11
1）
））
）原理电路的选择及总体思路
原理电路的选择及总体思路原理电路的选择及总体思路
原理电路的选择及总体思路：
：：
：


根据本实验的要求，用两大模块实现发生器的设计。
模块一为方波-三角波发生器，由一个迟滞电压比较器和一个积分器共同构成，
比较器的输出端利用双稳压管将输出电压钳位在±6.2V，即产生峰峰值约为12V的方
波。方波经过积分器可得到三角波，在扩展实验中，在电压比较器和积分器之间接
入一对互反的并联的二极管，通过调节电位器使积分器的电容充放电时间的不同，
达到可调节方波占空比的目的。
模块二是一个差分放大电路，利用前一模块产生的三角波，通过差分放大电路
的传输特性曲线的非线性可实现三角波—正弦波的变换。其中，要求传输特性曲线
的对称性好，线性区尽量窄。三角波的幅度应正好使晶体管接近截至区。

（
（（
（2
22
2）
））
）结构框图
结构框图结构框图
结构框图：
：：
：







迟滞电压比较器


积分器 差分放大器 输出三角波

输出方波
输出正弦波 五
五五
五、
、、
、电路的参数设计
电路的参数设计电路的参数设计
电路的参数设计：
：：
：

（
（（
（1
11
1）
））
）模块一
模块一模块一
模块一（
（（
（方波
方波方波
方波-
--
-三角波发生器
三角波发生器三角波发生器
三角波发生器）
））
）的参数设计
的参数设计的参数设计
的参数设计：
：：
：


1、电路图 2、各元件参数设计：
① 考虑到对方波上升、下降沿的要求，电压比较器中的运放选用LM318。积分器中
的运放选用

LM741。工作时所加的直流电压均为±12V。
② 由于双稳压管可将电压稳定在±6.2V左右，因此可保证方波Uopp1≥12V；又
从图中可以看出三角波的峰峰值Uopp2与方波的峰峰值Uopp1存在如下关系：
Uopp2=)
(
1
21
1
UdUf
Rf
R
Uopp
Rf
R
+±=±
已知Uopp2≥8V，取R1=20K
?，Rf=12K?。R3为直流补偿电阻，取R3=12K?。 ③ 设计指标中要求波形的最大频率为10KHz，由==
T
f
1
CRR
Rf
214
α（α为电位器的滑
动比，即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。当α=1时，f应能达到10KHz以
上。已知2
3
1
=
R
Rf，R2取阻值为0
~10K?电位器，取C=1000pf。R4为直流补偿电
阻，取R4=33K?。电位器Rw1为0～22 K?, R2=30 K?，R5＝1K?。
（
（（
（2
22
2）
））
）模块二
模块二模块二
模块二（
（（
（差分放大电路
差分放大电路差分放大电路
差分放大电路）
））
）的参数设计
的参数设计的参数设计
的参数设计：
：：
：


1、电路图
2、元件参数设计：
① 先确定差放单入单出的增益。因为在传输特性曲线上，当Vi=4VT时，管子进入截
止区。又实验任务中要求正弦波的Uopp≥1V，故Au单≥Uopp/4VT≥10，取Au=30。
② 取Ic3=1mA，由Ic3=（Ucc+UEE-UBE）/（R+RE3），得R+RE3=23.3K?，取R=20K?，
RE3= RE4=3.3K?。
③ 由公式3
2
1
)1(26
'
Ic
rbbrbeβ+
+=，取
β=150，则rbe=8.2K?。
④有单入单出增益公式Aud=-βRc/Rid，Rid=2rbe+(1+β)Rp=41.5K?,故取
Rc=6.8K?。
⑤ Rp1调节三角波的幅度，取Rp1＝10K?
。Rp2调整电路的对称性，并联电阻Re用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区，取Rp2＝100?，Re＝100?。
⑥ C1，C2，C3为电解电容，作用是隔直，取C1=C2=C3=10uF。C4为滤波电容。
取C4=0.01uF。
⑦ 取RB1=RB2=7.5K?.

（
（（
（3）
））
）完整原理图
完整原理图完整原理图
完整原理图 六
六六
六、
、、
、所实现功能的说明
所实现功能的说明所实现功能的说明
所实现功能的说明

1、在电路中三个输出端处可得到三种波形：方波，三角波，正弦波。调节Rw1可
改变三角波与方波的频率，且在1KHz～10KHz范围内连续可调,并得到理想的方
波和三角波。
2、节Rp1可改变输出三角波的幅度，峰峰值可大于8V，在观察正弦波时，通过调
节Rp1可得到较理想的正弦波，峰峰值大于1V，无明显失真。
3、(扩展实验）调节Rw2可调节方波的占空比，可调范围为20％～80％。与此同
时，三角波会随之变为锯齿波，正弦波也同时倾斜的改变。 七
七七
七、
、、
、实验中所用到的元器件和测量仪表
实验中所用到的元器件和测量仪表实验中所用到的

元器件和测量仪表
实验中所用到的元器件和测量仪表

1、元器件：
LM318、LM741各一个；8050三极管四只；
阻值为10K?的电位器1只，22K?的电位器2只，100?的电位器1只；
双稳压管一只；
二极管两只；
10uF的电解电容一只，33uF的电解电容一只，100uF的电解电容一只，电容两只：
分别为1000pF，2200pF；
普通电阻100?，620?，1K?，12K?，30K?各一只，6.8K?，3.3K?，7.5K? ，
20K? ，33K? 各两只；
面包板一块，导线若干。
2、测量仪器：
电子示波器， 万用表， 直流稳压电源



八
八八
八、
、、
、故障及问题分析
故障及问题分析故障及问题分析
故障及问题分析

故障1：波形无显示
分析：1、未接通电源，解决办法：接通电源；2、电路接触不良，即其连接出现断
路，解决办法：检查各元件的位置是否插错，电路连接是否良好；3、如果情
形依旧， 可尝试元件在在面包板上的位置；4、若故障仍未排除，可用万用
表进行检测，找到断路的位置。
故障2：三角波波形良好，正弦波波形失真。
分析：若正弦波每半个周期的波形不是轴对称图形（横向失真），则需调节Rp2；若
波形的幅度失真（总想失真），则需调节Rp1；若以上方法都无法排除故障，
可小心检验元件是否插稳。

八
八八
八、
、、
、总结和结论
总结和结论总结和结论
总结和结论

通过这段时间的不懈努力与切实追求，我完成了本次电子电路综合性实
验。在实践中，我更加牢固地掌握了元件的识别与测试，提高了常用仪表的驾
驭能力，尤其是对示波器调节能力。实践固然重要，但理论知识也必不可少，
实验前的预习设计非常重要，从而在实验室里进行高效的调试与矫正实验中提
前进行设计准备十分重要，这样在课堂上才能高效率地进行检测、验证。另外，
在搭建电路的时候，要避开元件纠缠在一起，否则容易发生短路等故障，甚至
烧坏元件。所以搭建电路之前，需要在头脑中构思好电路的构型，进而实现最
大化的简洁美。搭建电路需要超常的忍耐力和和冷静的头脑，清晰的思路会让
我们正确的高效的连接电路。元件和电路板不一定是完好无损的，或许可能导
致整个电路无法连通，此时不仅让我们苦恼和纠结，更在考验着我们的实验能
力和耐力。因此在遇到这种故障时，我们要冷静分析，沉着应对，运用实验仪
器排除故障。此次试验更加让我认识到理论的重要性，在实践中，通过正确的
理论分析可以最快的分析出问题之所在，从而排除故障，解决问题。在这次实
验中，我学到了课本

上学不到的东西——动手能力，理论联系实际的能力。同
时这次实验，真的考验了我的耐力与毅力，心血与汗水让最后终于获得了这个
在他人眼中小小的成功。