信號發(fā)生器實驗報告(波形發(fā)生器實驗報告).doc

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信號發(fā)生器 一、實驗?zāi)康? 1、掌握集成運算放大器的使用方法，加深對集成運算放大器工作原理的理解。 2、掌握用運算放大器構(gòu)成波形發(fā)生器的設(shè)計方法。 3、掌握波形發(fā)生器電路調(diào)試和制作方法 。 二、設(shè)計任務(wù) 設(shè)計并制作一個波形發(fā)生電路，可以同時輸出正弦、方波、三角波三路波形信號。 三、具體要求 （1）可以同時輸出正弦、方波、三角波三路波形信號，波形人眼觀察無失真。 （2）利用一個按鈕，可以切換輸出波形信號。。 （3）頻率為1－2KHz 連續(xù)可調(diào)，波形幅度不作要求。 （4）可以自行設(shè)計并采用除集成運放外的其他設(shè)計方案 （5）正弦波發(fā)生器要求頻率連續(xù)可調(diào)，方波輸出要有限幅環(huán)節(jié)，積分電路要保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真。 四、設(shè)計思路 基本功能：首先采用RC橋式正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路(比較器)將正弦波變換成方波，通過幅值控制和功率放大電路后由積分電路將方波變成三角波,最后通過切換開關(guān)可以同時輸出三種信號。 五、具體電路設(shè)計方案 Ⅰ、RC橋式正弦波振蕩器 如左圖1所示，正弦波振蕩器采用RC橋式振蕩器產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦信號。J1a、J1b、J2a、J2b為頻率粗調(diào)，通過J1 J2 切換三組電容，改變頻率倍率。RP1采用雙聯(lián)線性電位器50k，便于頻率細調(diào)，可獲得所需要的輸出頻率。RP2 采用200k的電位器，調(diào)整RP2可改變電路Af 大小，使得電路滿足自激振蕩條件，另外也可改變正弦波失真度，同時使正弦波趨于穩(wěn)定。下圖2為起振波形。 圖1 圖2 電路的振蕩頻率為： 將電阻12k，62k及電容100n，22n，4.4n分別代入得頻率調(diào)節(jié)范圍為：24.7Hz~127.6Hz，116.7Hz~603.2Hz，583.7Hz~3015Hz。因為低檔的最高頻率高于高檔的最低頻率，所以符合實驗中頻率連續(xù)可調(diào)的要求。 RP2 R4 R13 組成負反饋支路，作為穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。R13與D1、D2并聯(lián)，實現(xiàn)振蕩幅度的自動穩(wěn)定。D1、D2采用1N4001二極管。 在multisim軟件仿真時，調(diào)節(jié)電位器25%~35%時能夠起振。 電路起振條件：，代入數(shù)據(jù)解得 Ⅱ方波發(fā)生器 由正弦波振蕩器產(chǎn)生的一定頻率的正弦信號經(jīng)過比較器產(chǎn)生一同頻率的方波。如圖3。 電路輸出端引入的限流電阻R6 和兩個背靠背的穩(wěn)壓管D3、D4（采用1N4734）組成雙向限幅電路。 UA741在這里實際上是一個電壓比較器，當輸入電壓比基準電壓高時，輸出高電平，當輸入電壓比基準電壓低時，輸出低電平，輸出端輸出與輸入同頻率的方波。 圖3 圖4 Ⅲ比例運算放大電路 轉(zhuǎn)換開關(guān)J5的作用是通過開關(guān)切換與比例運算放大電路連接，輸出一定幅度的正弦波或方波。通過調(diào)節(jié)RP3（200k）調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，。如圖4所示。 在multisim軟件仿真時，當RP3 調(diào)節(jié)到50%時，（計算結(jié)果=10.033）放大前信號（左圖5）與放大后信號（右圖6）如下圖所示。 圖5 圖6 兩幅圖所占格數(shù)基本一致，左圖中每格代表10v，右圖中每格則代表100v，則此時信號約被放大了10倍。 Ⅳ三角波發(fā)生器 被放大后的方波信號通過積分電路既可得到三角波。 >> tm tm是充電至飽和時間，如此選擇參數(shù)可以保證電路不出現(xiàn)積分飽和失真，符合設(shè)計要求。 將J公共端接到示波器上，當J5與J狀態(tài)均處于上圖狀態(tài)時，輸出的是正弦波，當撥下J5 但J狀態(tài)如上圖時，輸出的是方波，當同時撥下J5與J時，輸出的是三角波。 總電路圖如下圖所示： 六、實驗過程及內(nèi)容： 1按照原理計算參數(shù)，確定選用電容電阻的參數(shù) 2按照原理圖用multisim進行仿真 3按照電路圖在電子實驗箱中連線，進行測試 4按照電路圖焊電路板 5對焊好的電路板進行測試：觀察波形及記下實際可調(diào)頻率，并進行誤差分析。 觀察到的波形如下圖所示： 實測頻率為： 23.5 Hz ~124.2 Hz，113 Hz~595 Hz,，562Hz~2870Hz 七、數(shù)據(jù)處理分析 1波形均未失真,符合設(shè)計要求 2頻率實測值與理論值的比較 　 低檔 中檔 高檔 min max min max min max 實測值 23.5 124.2 113 595 562 2870 理論值 24.7 127.6 116.7 603.2 583.7 3015 相對誤差 4.86% 2.66% 3.17% 1.36% 3.72% 4.81% 由上表可知，實測頻率均比理想頻率小,當仍符合低檔的最高頻率高于高檔的最低頻率，所以符合實驗中頻率連續(xù)可調(diào)的要求。 出現(xiàn)誤差的可能原因有： 1）電容和電阻實際值和標值不完全一致，可能偏大。 2）導(dǎo)線有微小阻抗，導(dǎo)致電路中阻抗增大。 八、所用元器件列表 名稱 數(shù)量 uA741 4 雙聯(lián)線性電位器50k 1 電位器200k 2 穩(wěn)壓二極管1N4732 2 二極管1N4001 2 撥動開關(guān) 6 電阻 14 電容 9 九、所用芯片介紹 uA741（單運放）是高增益運算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。 芯片引腳和工作說明： 1和5為偏置(調(diào)零端)， 2為正向輸入端， 3為反向輸入端， 4接地， 6為輸出， 7接電源 8空腳 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 十、收獲和體會： 通過本次實驗充分認識到思考問題的重要性，碰到問題時要冷靜分析電路圖，實驗與理論的結(jié)合才能更好的完成設(shè)計。又通過本次實驗，從設(shè)計電路到焊接以及到最后調(diào)試都是慢慢摸索，認真思考，團結(jié)合作，學(xué)到了很多知識與經(jīng)驗。