电子电路测量实验(北邮)

北京邮电大学

电子电路综合设计实验

实验报告

课题名称：函数信号发生器

院系：电子工程学院

摘要

本实验的目的在于使用集成运算放大器设计一个方波—三角波—正弦波发生器。其中，由施密特触发器组成的多谐振荡器产生方波，再经积分运算电路产生三角波。最后，经过差分放大器，利用晶体管的非线性特性将三角波变换为正弦波。并要求波形达到一定的幅值、频率等要求。

关键词

函数信号发生器方波三角波正弦波集成运放

正文

一、设计任务要求

1基本要求

（1）信号输出频率在1~10kHz范围内连续可调，无明显失真。

（2）方波信号输出电压U opp=12V（误差≤20%），上升、下降沿小于10us，占空比范围为30%~70%。

（3）三角波信号输出电压U opp=8V（误差≤20%）。

（4）正弦波信号输出电压U opp≥1V

2提高要求

（1）将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可挑范围为30%‐70%；

（2）三种波形的输出峰峰值U opp均可在1V-10V 范围内连续可调。

3+

二、实验原理及设计过程

1总体思路

函数信号发生器的构成方法多样。本实验来看，可以先产生方波，由方波积分得到三角波，在由三角波经过整形得到正弦波；也可以先产生正弦波，将正弦波进行整形得到方波，在通过积分器产生三角波。在器件使用上，可以是分立元件电路，也可以采用集成电路。

根据提供的器材和资料，选择设计由集成运算放大器和晶体管放大器构成的方波—三角波—正弦波发生电路（如下图二）。

2原理结构框图

三、Multisim仿真过程及波形输出

1元器件选择

（1）方波—三角波发生电路

（最终电路见附录）

●芯片选择：对比uA741CP与LM318N的相关参数。选择转换速度较快

的LM318N作为矩形波发生电路的芯片，uA741CP作为三角波发生电路的芯片。

●稳压管选择：根据方波U opp =12V，方波幅度限制在-(U Z+U D)~+(U Z+U D)，

故选择稳压值为U Z =6V的稳压管。查阅资料，在Multisim中选择

1N4734A单稳压管，放置为稳压对管。

●电阻电容选择：

根据方波和三角波输出峰峰值的要求（12V、8V），R f和R1的取值应

满足R f：R1=3：2。为使电路易起振，在这里取R f=30kΩ，R1=20kΩ。

根据直流平衡电阻的计算原理，得R3=（30||20）kΩ=12kΩ。

根据方波输出幅度选择限流电阻R o=2kΩ。

同时在三角波电路中，由公式R2C=αR f /4f R1 计算得R2=5kΩ，C=0.01

μF。

根据直流平衡电阻的计算方法，得R4=R2 =5kΩ。

为达到频率的可调范围，选择R p1=100kΩ的滑动变阻器。

●

（2）正弦波发生电路

●根据实验派发的实验器材，晶体管型号是S8050，查阅资料，在

Multisim12.0中选择替代元件：2N5551。

●电阻选择：

根据派发的器件，R p2可以调节正弦波幅度。取Rp2=10kΩ。

由于电路组成是恒流源负载的差分放大器，故先计算电流源的静态工作点。取I C3=1mA=I C4，得I R≈I C3=1mA，则由V CC-R*I R-V BE=V EE+I E4*R E4 ，

I C3 ≈I E4 ，取R=20kΩ，R E3=R E4=2kΩ。

如图，由晶体管的非线性放大特性知，电路的对称性越好，得到的正弦波波形才对称。

则，由电流源输出电流I=1mA,得I E1=I E2=1mA≈I C1=I C2，由于正弦波输出幅度需大于1V，所以取R C1=R C2=5.6kΩ。

为保证差分放大器静态工作点合适，取R B1=R B2=3.2KΩ,R E=100Ω，调节差分放大电路平衡的R P3不可过大，取值和RE保持一致，取R P3 =100Ω。

电容选择：电路中，C1，C2，C3为隔直电容，应选择大电容，取C1=C2=C3=33uF，C4为滤波电容，应选择较小的电容，取C4=0.1uF。

2仿真电路图（未接示波器）（最终电路见附录）

Rp2

3仿真结果

四、实际电路搭建及波形输出

1功能实现及故障排除过程

（1）电路搭建

按照电路设计图，一步一步谨慎地在面包板上搭建电路。

● 元器件取值变化：由于在电路实验材料箱中阻值和元器件有限，仿真中出现的一些阻值在材料箱中没有，所以先选取接近的阻值。取值发生变化的元器件如下：（最终参数见附录）

● 关于双稳管2DW232：查阅了相关的资料，得知2DW232是：电压基准二极管。参数：硅 、6.0-6.5V 、30mA 、

200mW 。该双稳管中封装了一对稳压管，故接线时应从两稳压对管两端引线。确定管脚可使用万用表的电阻/二极管测量功能进行测量确认。也可通过查阅得到的资料确认管脚，（如图）本实验中应接1、3管脚。

搭建时要注意布线方式。切忌将导线从芯片上方跨过，以及出现裸导线之间易接触易短路的情况。

同时注意整体布局，整齐美观。如利用面包板上边沿和下边沿的两排作为公共地、公共正负电源端等，避免不必要的接线。

注意导线的颜色要直观、符合常识标准。如正电源端用红色，负电源用绿色，公共地用黄色等。

（2） 电路检查

电路搭建完成后，在接通电源前，须仔细检查电路是否连接正确（尤其是芯片周围的管脚连接、8050晶体管的管脚连接，2DW233双稳管的连接等。），避免因连接错误造成元器件损坏、无波形输出等。