北邮2014函数信号发生器的设计.doc

北京邮电大学电子测量与电子电路综合实验
北京邮电大学
实 验 报 告

课程名称：电子测量与电子电路基础
实验名称：函数信号发生器的设计

班级：
学号：
班内序号：
姓名：
11

一 课题名称：函数信号发生器的设计
二 摘要和关键词
摘要：本实验由两个电路组成，方波——三角波自激的单线比较器产生方波， 通过积分电路产生三角波，再经过差分电路实现三角波——正弦波变换。输出方 波幅度的大小有稳压管的稳压值决定，频率可用电位器调节，正弦波幅度和电路的对称性也分别由两个电位器调节，以实现良好的正弦波输出图形。
关键词：函数信号发生器、方波、三角波、正弦波
三 设计任务要求：
设计制作一个方波——三角波——正弦波信号发生器，供电电源为V。
1输出频率能在1KHZ~10KHZ范围内连续可调；
2 方波输出电压=12V(误差），上升、下降沿小于10µs；
3 三角波=8V((误差）；
4 正弦波≥1V，无明显失真。
三角波
方波
四 设计思路、总体结构框图
正弦波

三角波——正弦波变换电路
方波振荡电路
方波——三角波变换电路

图1
根据任务要求可以拟出多种实验方案，本实验采用的是图1所示方式，采用运算放大器组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。三角波——正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路、二极管可变分压器电路和差分放大器等，本实验采用电流镜偏置的差分放大电路设计实现波形转换的方法。
三角波——正弦波转换电路
方波——三角波产生电路

电源电路

图2
五 分块电路和总体电路的设计（含电路图）
1方波——三角波产生电路

图3 方波-三角波基本产生电路
由于采用了运算放大器组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定，即限制在±（UZ + UD）之间。
方波经积分得到三角波，幅度为Uo2m =±R1/Rf*(Uz + UD)
改变R1与Rf的比值可调节Uo2m的大小
方波和三角波的振荡频率相同，为f = 1/T =αRf/4R1R2C
式中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）。调节电位器可改变振荡频率。
电路元件的确定:
(1)根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择电压转换速率SR合适的运放。
(2)根据所需输出方波幅度的要求，选择稳压值合适的稳压管型号和限流电阻的大小。
(3)根据输出三角波的幅度要求，确定R1与Rf的大小
R1 = UO2M/(Uz + UD)Rf
(4)根据所要求的振荡频率确定R ：C的值
R2C = αRf/4fR1
其原理如下图，由波形得：

图4
2 三角波——正弦波转换电路

图5 三角波——正弦波变换电路
如图为三角波-正弦波发生电路。其中Rp1调节三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。这些器件使得输出波形更接近正弦波。
差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛地应用于集成电路中，常作为输入级或中间放大级；其特性使得可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

图6 三角波——正弦波变换过程

由上图可知：
（1）差分放大器传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；
（2）三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。
3 总体电路

图7 总体电路图
六 所实现功能说明（已完成的基本功能和扩展功能，主要测试数据，必要的测试方法等）
1 已实现的功能
1输出频率能在1KHZ~10KHZ范围内连续可调；
2 方波输出电压=12V(误差），上升、下降沿小于10µs；
3 三角波=8V((误差）；
4 正弦波≥1V，无明显失真。
2 主要测试数据及测试方法
主要测试数据见坐标纸；
该函数信号发生器是由三级单元电路组成的，而多级电路通常按照单元电路的先后顺序来安装和调试；在本实验中，首先按元件的大致估算值来安装方波——三角波产生电路。调节电位器的阻值，观察波形频率变化。适当改变R2的阻值，重复观察波形频率变化。经过调试，保证方波、三角波的频率能够在1KHZ~10KHZ内连续变化。
对于三角波——正弦波产生电路，该单元电路需要进行静态调整，通过调节Rp2调节电路的对称性，使得波形上下基本上对称。除此之外，需调节Rp1，来减小调节波形的失真，直至几乎不失真。

七 故障及问题分析
1对于方波——三角波产生电路，遇到的第一个问题在于运放LM318的限流电阻选取过大，导致第一级运放的输出电流过小，导致无法显示波形。更改限流电阻的阻值为1KΩ后，发现波形还是无法显示，检查电路连线，发现电路搭接有些混乱，重新布线搭接后可显示出方波波形。第三个问题是频率范围不能覆盖到10KHZ，减小与运放LA741管脚2连接的电阻,可以得到符合标准的波形图。
2对于三角波——正弦波产生电路，遇到的问题是由于元件参数选择不当，导致波形出现严重失真。适当调整元件参数，可得到较小失真的正弦波形。调整差分放大电路中的电位器，使正弦波形上下对称。同时适当调整另一电位器，使波形无明显失真。

八 总结和结论
在这次试验的过程中，比较关键的一点是确定元件的参数值。这需要比较好的模电课程基础，我通过查找资料等方法，大致确定了元件的参数值。在实验中经过反复调试，才得到了较为理想的波形。但同时我也意识到自己的理论学习有一些不太扎实的地方。
通过函数信号发生器的设计和制作，使我加深了对函数信号发生器工作原理的理解，并且基本掌握了集成运算放大器的使用方法，熟悉了示波器的使用，了解了面包板上电路搭建方法，以及掌握了仿真软件的使用。总的来说，我喜欢这种实验形式，既加强了对系统概念的理解，又提高了工程设计和实践动手能力，激发了创新实践的兴趣，提高了创新实践能力。希望以后的实验课更多地以这种形式体现。

九multsim仿真原理图、波形图
1 仿真原理图

图8
2 波形图

图9
十 所用元器件及测试仪表清单
所用元器件：
运算放大器：UA741,1个；LM318 1个
三极管：8050 ，4个
三极管：2DW232，1个
电位器： 100KΩ ； 100Ω ；W 10KΩ
电阻：

20kΩ
2.7kΩ
12kΩ
2.7kΩ
30kΩ
1kΩ
30kΩ
30kΩ
2kΩ

2kΩ
560Ω
560Ω
5.7kΩ
11kΩ
电容：

0.01μF
0.1μF
0.01μF
6800PF
0.01μF

导线若干；
（注：实际元件值可能与仿真元件值不符，有一些微调。）
测试仪表：
仪器仪表
型号
用途
编号
示波器
SS-7804
显示波形
20020348
万用表
UT61A
测电阻值，直流电流值
710-24
面包板
///////
搭接电路
DL-618
直流电流源
SS2323
提供稳定直流电压
20085539
参考文献
1、 电子测量与电子电路实践 出版社：科学出版社
2、 电子电路基础 出版社：高等教育出版社

3、通过活动，使学生养成博览群书的好习惯。
B比率分析法和比较分析法不能测算出各因素的影响程度。√
C采用约当产量比例法，分配原材料费用与分配加工费用所用的完工率都是一致的。Ｘ
C采用直接分配法分配辅助生产费用时，应考虑各辅助生产车间之间相互提供产品或劳务的情况。错
C产品的实际生产成本包括废品损失和停工损失。√
C成本报表是对外报告的会计报表。×
C成本分析的首要程序是发现问题、分析原因。×
C成本会计的对象是指成本核算。×
C成本计算的辅助方法一般应与基本方法结合使用而不单独使用。√
C成本计算方法中的最基本的方法是分步法。X
D当车间生产多种产品时，“废品损失”、“停工损失”的借方余额，月末均直接记入该产品的产品成本
中。×
D定额法是为了简化成本计算而采用的一种成本计算方法。×
F“废品损失”账户月末没有余额。√
F废品损失是指在生产过程中发现和入库后发现的不可修复废品的生产成本和可修复废品的修复费用。Ｘ
F分步法的一个重要特点是各步骤之间要进行成本结转。(√)
G各月末在产品数量变化不大的产品，可不计算月末在产品成本。错
G工资费用就是成本项目。(×)
G归集在基本生产车间的制造费用最后均应分配计入产品成本中。对
J计算计时工资费用，应以考勤记录中的工作时间记录为依据。(√)
J简化的分批法就是不计算在产品成本的分批法。(×)
J简化分批法是不分批计算在产品成本的方法。对
J加班加点工资既可能是直接计人费用，又可能是间接计人费用。√
J接生产工艺过程的特点，工业企业的生产可分为大量生产、成批生产和单件生产三种，X
K可修复废品是指技术上可以修复使用的废品。错
K可修复废品是指经过修理可以使用，而不管修复费用在经济上是否合算的废品。Ｘ
P品种法只适用于大量大批的单步骤生产的企业。×
Q企业的制造费用一定要通过“制造费用”科目核算。Ｘ
Q企业职工的医药费、医务部门、职工浴室等部门职工的工资，均应通过“应付工资”科目核算。Ｘ
S生产车间耗用的材料，全部计入“直接材料”成本项目。Ｘ
S适应生产特点和管理要求，采用适当的成本计算方法，是成本核算的基础工作。(×)
W完工产品费用等于月初在产品费用加本月生产费用减月末在产品费用。对
Y“预提费用”可能出现借方余额，其性质属于资产，实际上是待摊费用。对
Y引起资产和负债同时减少的支出是费用性支出。X
Y以应付票据去偿付购买材料的费用，是成本性支出。X
Y原材料分工序一次投入与原材料在每道工序陆续投入，其完工率的计算方法是完全一致的。Ｘ
Y运用连环替代法进行分析，即使随意改变各构成因素的替换顺序，各因素的影响结果加总后仍等于指标的总差异，因此更换各因索替换顺序，不会影响分析的结果。(×)
Z在产品品种规格繁多的情况下，应该采用分类法计算产品成本。对
Z直接生产费用就是直接计人费用。X
Z逐步结转分步法也称为计列半成品分步法。√

A按年度计划分配率分配制造费用，“制造费用”账户月末(可能有月末余额/可能有借方余额/可能有贷方余额/可能无月末余额)。
A按年度计划分配率分配制造费用的方法适用于(季节性生产企业)