数显函数信号发生器

数显函数信号发生器

1 实验目的与意义

通过这次实习内容，加深我们对数电知识和模电知识的理解及运用，在课程学习的基础加以实际的应用。同时加强我们的设计思路和动手能力，给出一个课题，我们应当学会运用所学的理论知识设计出既能实现任务又最简便的方案。

毕竟理论与实际往往是有差距的，当实际与理论产生偏差时，应当学会理性的分析及调试。不能过于相信理论，也不能过于依赖实际。这样，才能更好的将理论与实际结合起来，完成好的作品。这不仅能加深我们对知识的理解，还能加强我们的动手能力、分析能力及应对措施。

2 实验内容和步骤

2.1 实验内容

设计一个给定电路，利用EDA软件Multisim加以虚拟实现并仿真，掌握利用Multisim设计电子电路的方法和设计步骤，熟悉利用Protel画电路图及生成电路板图的方法和步骤。

2.2 实验任务

1、至少3路波形产生电路，具有自动等时间间隔选通输出给同一个测试端；

2、能测出矩形波频率值，并4位显示。

2.3 实验指标

1、频率测量范围：0—9999HZ；

2、至少产生三种波形，例如矩形波，三角波，锯齿波等；

3、输出电压：方波 UP-P≤5V,三角波UP-P=2V,正弦波UP-P>0.1V

4、具有自动选通功能；

5、显示读数稳定，抗高频干扰；

6、测量误差5%以内；

7、电路布局整体美观，合理。

2.4 实验框图

图1 2.5 实验原理

2.5.1正弦波发生器

图2

由文氏电桥产生正弦振荡，通过把比较器和积分器首首尾相接形成正反馈闭环系统得到方波和三角波。

图中为RC桥式正弦波振荡器，RC串、并联电路构成正反馈之路，同时兼作选频网络，R1，R2，RW及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可改变负反馈深度，以满足震荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

RC桥式正弦波振荡电路，也称文氏桥振荡电路。它可由以下四个部分组成：

（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。

（2）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。

（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。

（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。

电路震荡频率为：f0=1／2∏RC

起振的幅值条件为R f／R i≥2

图3：调试前失真的正弦波

图4：经过调试后的正弦波2.5.2三角波和方波发生器

图5

把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图所示，则比较器1A输出的方波经积分器2A积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性度大大改善。

电路振荡频率：f0=R2／4R1（R f+R w）C f

方波幅值：U’om=±U Z

三角波幅值：U om= U Z R1／R2

调节RW可以改变振荡频率，改变比值R1／R2 可调节三角波的幅值。

图6

2.5.3555定时器发生电路

首先将555定时器产生1024的频率，然后通过三次十分频和一次二分频，产生0.5的频率，即方波的频率为一秒。

图7：分频电路

2.6元件选择

表1

电阻、电容、稳压管、二极管、滑动变阻器若干个。

图8：整体电路

3调试过程

3.1 调试步骤

1、将电路板上电源连接线与实验箱上的+5、-5电源以及电线相连接，将示波器现实与电路板上的输出端相连接。打开电源进行调试

2、观察示波器显示屏中波形显示是否能实现自动选通，并且测试其选通时间是否为两秒，即电路的555发生频率以及分频部分是否能出来正确的选频频率。

3、观察数字显示器，对比其显示的频率与测量的方波频率误差是否在5%以内，否则调节555定时器。

3.2 调节过程以及出现问题

1、波形发生器波分调节：在设计电路时，我们在正弦波发生器部分实用了滑动变阻器RW，调节电位器RW可以改变负反馈深度，以达到振荡的振幅条件按和改善波形的目的。一开始电路出现不起振现象，通过增大RW，使电路起振。由于理论计算电阻阻值与实际电阻阻值有一定出入，波形有所失真，我们通过改变RW以及重新连接部分电阻电容，减小了反馈电阻RF，解决了正弦波失真的问题。而在方波和三角波发生器部分，我们采用了实值电阻，因此方波三角波的频率不可调，通过理论计算以及仿真实验，正确选择了电阻阻值，方波与三角波波形稳定，幅值能达到要求。

2、选通电路部分：在仿真设计的时候我们采用的选通开关为4066，并采用74LS161为555产生的时序选通信号进行分频，由于实验芯片使用限制，我们用74LS90替换了74LS161。通过实际连接电路进行调试发现4066芯片无法在次电路中进行选通，后通过查阅资料更改选通开关为4052，调整了线路连接后经测试能正常使用。后因为与门电路芯片74LS09对波形输出有一定影响，我们对方案中实用的74LS09用与非门电路4011和非门电路74LS04进行替换。

3、计频电路部分：在计频电路中，曾一直出现不能计频或计频错误现象，通过用万用表测试检测出计频部分74LS90输出处没有高电平出现，后经过调试和检查线路，以及更改芯片的选用，得到了正确的计频显示。

4 实验结果及分析

4.1 实验结果

电路板经过几番调试之后，大致能按照理论结果运行。但后来发现电路出现一些问题，首先是分频不正确。经过检查才发现原来是没有接5V电源。其次是计频电路无法计频，原因是计频的74LS90没有脉冲导致不能运行。经过几番检查和分析，才发现是之前的与门芯片无法进行与运算，因此输出没有高电平，导致74LS90没有脉冲。我们就将与门电路用与非门电路替换，将输出再经过一次非门给计频脉冲。