低频函数信号发生器设计

V 1 和 V㊀ 2 都接地时的波形：
稳态时，vO1
波形可表示成：
vo1 (t )

vo1(0)

vo2 V1 RC
t
当 vo2

VZ
时， vo1(0)


R2 R3
VZ
t

T1
时， vo1(T1)


R2 R3
VZ
，则有 T1

RCபைடு நூலகம்VZ V1
2
R2 R3
VZ
同理有 T2

RC VZ V1
反相比例放大器，闭环增益为 R5 Rw3 ； R4
9、计算 1KHz 下方波占空比： 第二级运放负输入端接地，第一级运放构成的积分电路理论上上升和下降时间一致，故方波占空比
的理论值为 50%。
ii）.电路原理分析： 1、方波三角波发生器：
方波三角波发生器由运算放大器 A、R0、R1、R2、DZ1 和 DZ2 组成的滞回比较器、RC 电路组 成的三角波、方波发生器电路图：
W1 和 C1、C1’在第一级运放当中，作为积分电路的一部分，两者共同控制积分电路的时间常数，从 而改变产生的信号的频率。
比例关系：当需要的频率一定时，二者呈反比关系。周期 T 的计算公式为：T=4RC*Rw12/Rw11。 要求频率范围为 100Hz 到 10kHz，即周期范围为 0.01s 到 0.1ms。已知给定电容容量为 0.1uF 和 0.01uF。 通过这个式子可以代入数据可以得到所求的值。W2 取用 20kΩ。
度及频率。对于集成运放 B 而言，其闭环增益为：M2=Rw2/Rw1.因为只是一个比例关系，因此 W2 的 总阻值影响不大；但是，为了保证调节的稳定性，要求总阻值在 10kΩ 以上。实验中实际使用的 W2 为 10kΩ
5、分析 W1 和 C1、C1’的作用及两者的比例关系，计算其参数；假设 W2 处于中间位置，C1、C1’可以 取 0.1uF 和 0.01uF；
6、分析 W3、R4、R5 的作用，要求增益调整范围为（0.2,4），计算 W3、R5 的参数： W3、R4、R5 与第三极运放共同构成反相比例放大器，放大输入信号。 已知 R4=5KΩ，由反相比例放大器的计算公式易知，R5=1KΩ，W3=20KΩ（远大于 1kΩ，可以忽略 R5
带来的影响）。
7、分析 R7~R15 及 D1~D6 组成电路的作用，计算 R9、R12、R15 的参数： 分析 R7~R15 及 D1~D6 组成电路是一个三角波正弦波转换电路，通过折线法，用直线来对正弦波进行
可使用两个运放组成方波三角波发生器。
在一般情况下，V 1 和 V㊀2 都接地。只有在方波的占空比不为 50%，或三角波的正负幅度不对 称时，可通过改变 V1 和 V㊀2 的大小和方向加以调整。
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实验名称：_低_频__函__数__信_号__发__生__器____姓名：__x_x_________学号：__x_x_x_x_x_x_x_x_x__
4、电路装配： 根据电路原理图，在提供的元器件中选择合适器件进行安装。要求元件布局合理，布线美观，
焊点光滑圆润，无虚焊。
5、电路调试： (1)通电前检查； (2)安全操作及仪器仪表的正确使用（会正确使用万用表测电压电流、会熟练使用示波器）； (3)测量集成运放第三级的闭环增益； (4)工作点测量：
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二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）
一、实验目的和要求
1、设计题目：低频函数信号发生器； 2、任务与要求（主要技术性能指标）：
1.同时输出三种波形：方波、三角波、正弦波； 2.频率范围：100Hz~10kHz；
3.频率稳定度：���∆������f��� ≤ 10−3/日；
实验报告
专业： xxx 姓名： xx 学号： xxxxxxxxx 日期： 20xx.xx.xx 地点： xxx
课程名称： 实验技能训练 实验名称： 低频函数信号发生器
指导老师： xxx
成绩：
实验类型： 设计型实验 同组学生姓名： xx
一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得
方波
6.输出电压：①方波输出限幅：Vz=3.3V； ②第一级三角波：Vp-p≤10V； ③正弦波：Vp-p>8V；
7.三角波的峰-峰值连续可调。
三角波
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加电压过大，造成不可逆性击穿，使稳压管损坏。 运放工作在饱和状态，所以输出理论最大值为 24V（Vp-p）。查资料得 1N4728A 稳压管稳压值为 3.3V，
最大稳压电流为 76mA，最小为 1mA。计算得电阻范围为 0.27kΩ-20.7kΩ，可取元件中的 5kΩ 使用。
3、指出 Q1、Q2 的类型，分析其作用：、 Q1 为 NPN 型三极管，Q2 为 PNP 型三极管。三极管同电位器和电阻组成电流源电路，位于折线法正

R2 R3
VZ
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实验名称：_低__频__函__数___信__号__发___生__姓名：__x_x_________学号：__x_x_x_x_x_x_x_x_x__
器
三角波的峰–峰值为Vo1PP

2
R2 R3
VZ
；
当 V㊀ 2≠0 时，若 V㊀ 2 > 0，则三角波上移，若 V㊀ 2<0，则三角波下移，其上幅度为 (1 R2 ) V㊀2 R3
拟合。 通过计算，由分压关系易得 R12=R15=158Ω，取 150Ω。又由(R8//R9)/(R7+R8//R9)=0.42,可得 R9=2.2kΩ。
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实验名称：_低__频__函__数___信__号__发___生__姓名：__x_x_________学号：__x_x_x_x_x_x_x_x_x__ 8、计算集成运放第器三级的闭环增益：
弦函数转换电路中，为折线法正弦转换电路提供稳定电流，从而在 A、B、C、D 点获得稳定电压。通 过改变与基极相连的电位器，可改变三极管的静态工作点，从而调整正弦波输出的正负半周的失真情 况。
4、分析电位器 W2 的作用，计算其是参数： W2 与第二级运放相连，构成滞回比较器，控制运放的输出上下限。调整 W2 可改变电路输出的幅
2、原理图和 PCB 板绘制： (1)使用原理图绘制软件（PROTEL 等）绘制原理图； (2)PCB 板设计： (a)根据提供的电源 JP1 尺寸，Q1、Q2 的封装，3296 系列电位器外观尺寸，拨动开关 J1， 2 脚排阵 JP2，建立自己的 PCB 封装库，并在绘制 PCB 板时使用； (b)要求单面板、禁布层尺寸（板框）不超过 10cm*7.5cm，实际布线最好在 9.5cm*7cm 内； (c)正确实现原理图功能，少用或不用跳线或飞线，布板整洁美观、无错误； (d)在布线层空白处打上自己的学号，字符稍粗点。
R20、R21 电阻的主要作用是调整流过 LED 发光二极管的电流，保护电路，是 LED 灯工作在正常范围， 防止过流导致损坏 LED 灯和电路。
设 LED 灯工作电压为 2V，工作电流为 10mA 左右，则 R20、R21 的阻值为 1KΩ 左右。
2、分析 R3 的作用，计算其取值范围： R3 起到分压限流的作用。由于稳压管稳压值有限，而如果不加电阻直接连接的话，有可能造成所
因为 v2 (t)

R3 R2 R3
vo1(t)
R2 R2 R3
vo2 (t) ，
故当 v2 (t) V㊀ 2 时，A2 翻转。故 A2 翻转时 v01 的电压为：
V01

(1
R2 R3
)
V㊀

R2 R3
VZ
2
当
V㊀
2
=
0
时，三角波上下幅度对称，上幅度：

R2 R3
VZ
下幅度：
3、电路仿真： 使用任一款仿真软件（如 PROTEUS）对自己设计的原理图进行仿真实验，分析比较仿真结果
是否满足性能技术指标，如何改进电路。 （1）观察 W1、C1、W2、基准电压对波形发生电路的影响（频率、幅度、偏移、占空比）; （2）观察第三级运放输入输出三角波幅度、计算第三级增益； （3）观察各基准节点电压 A~F 对正弦波转换结果的影响； （4）观察 W4、W5 的变化对 Q1、Q2 的各极电压和电流的影响；
2
R2 R3
VZ
所以， T1

RC VZ V1
2
R2 R3
VZ
， T2

RC VZ V1
2
R2 R3
VZ
。
当
V 1=0
时， T1
T2

2
R2 R3
RC
，波形的占空比为
50%。
当 V 1 > 0 时，T1 > T2 ；V 1 < 0 时，T1 < T2 ，波形的占空比不为 50%，波形出现不对称。 所以，由于失调等原因引起波形不对称时，可通过改变 V 1 的大小进行调整。
装
4.频率控制方式：通过改变 RC 时间常数控制频率（手控方式）：为确保良好的控
制特性，分两段控制：①100Hz~1kHz ；
订
②1kHz~10kHz；
5.波形精度：①方波上升沿和下降沿时间均应小于 20us；
线
②三角波线性度：δ/������������������＜1%；
③正弦波谐波失真度：√∑������������=2 ������������2/������1＜2%；(不要求)