信号发生器课件.ppt

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1、14.4.函数信号发生器设计函数信号发生器设计函数信号发生器设计函数信号发生器设计1 1.设计实验任务与要求设计实验任务与要求设计实验任务与要求设计实验任务与要求：设计采设计采用运放（包括可用三极管）构成正用运放（包括可用三极管）构成正弦波弦波.三角波三角波.方波函数信号发生器。方波函数信号发生器。给定给定给定给定Vcc=12V;Vee=-12VVcc=12V;Vee=-12V。频频率范率范率范率范围围：150 1500hz150 1500hz 输输出出出出电压电压：方波：方波：方波：方波upp14V;upp14V;三角波三角波三角波三角波upp8Vupp8V；正弦正弦正弦正弦波波波波upp1

2、5Vupp15V 波形特性：方波波形特性：方波波形特性：方波波形特性：方波上升时间上升时间上升时间上升时间tr30us;tr30us;三角波三角波三角波三角波非线性非线性非线性非线性系数系数系数系数r r 2%:2%:正弦波正弦波正弦波正弦波非线性失真非线性失真非线性失真非线性失真r5%r5%2 2.1 RC2.1 RC文氏电桥文氏电桥文氏电桥文氏电桥振荡器产生振荡器产生振荡器产生振荡器产生正弦波，正弦波，正弦波，正弦波，方波方波方波方波-三角波产生电路三角波产生电路三角波产生电路三角波产生电路可正弦波振荡可正弦波振荡可正弦波振荡可正弦波振荡器采用波形变换电路器采用波形变换电路器采用波形变换电

3、路器采用波形变换电路,通过迟滞比较器变换为方波通过迟滞比较器变换为方波通过迟滞比较器变换为方波通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输经积分器获得三角波输经积分器获得三角波输经积分器获得三角波输出。此电路的输出频率就是就是出。此电路的输出频率就是就是出。此电路的输出频率就是就是出。此电路的输出频率就是就是RCRC文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器的振荡频率的振荡频率的振荡频率的振荡频率.2.2.函数信号发生器电路设计参考方案函数信号发生器电路设计参考方案函数信号发生器电路设计参考方案函数信号发生器电路设计参考方案RCRC正弦波震荡器正弦波震荡器正弦波震荡器正弦波震荡

4、器迟滞迟滞迟滞迟滞比较器比较器比较器比较器积分器积分器积分器积分器正弦波正弦波uo1方波方波uo2三角波三角波三角波三角波uo3uo3用迟滞用迟滞用迟滞用迟滞比较器比较器比较器比较器与与与与反相积分器反相积分器反相积分器反相积分器首尾相串联首尾相串联首尾相串联首尾相串联构成构成构成构成方波方波方波方波-三角波三角波三角波三角波产生产生产生产生电路，电路，电路，电路，然后，然后，然后，然后，采用采用采用采用差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器，作为三角波，作为三角波，作为三角波，作为三角波正弦波变换电路利用正弦波变换电路利用正弦波变换电路利用正弦波变换电路利用差分对管差分对管差分对管差分对管

5、的饱和与截的饱和与截的饱和与截的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波方波方波方波-三角波三角波三角波三角波产生产生产生产生电路的频电路的频电路的频电路的频率率率率.迟滞迟滞迟滞迟滞比较器比较器比较器比较器积分器积分器积分器积分器正弦波正弦波正弦波正弦波uozuoz方波方波方波方波uofuof三角波三角波三角波三角波uo3uo3差分差分差分差分放大器放大器放大器放大器过压过压过压过压3 RC RC文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器实验要点实

6、验要点实验要点实验要点:.在在在在R1=R2=R,C1=C2=CR1=R2=R,C1=C2=C时时时时,振荡频率振荡频率振荡频率振荡频率f f=1/(2=1/(2RC);RC);.起振幅值条件起振幅值条件起振幅值条件起振幅值条件:AvAvf1f1=(Ra+R=(Ra+Rf f)/Ra)/Ra 3.3.即即即即Rb/Ra Rb/Ra 2 2.R Rf f=R=RWW+(R3+(R3 Rd)Rd)Rd:Rd:二极管正向电阻二极管正向电阻二极管正向电阻二极管正向电阻.*电路调整的电路调整的电路调整的电路调整的关键是关键是关键是关键是：负反馈电路中的电位器负反馈电路中的电位器负反馈电路中的电位器负反馈

7、电路中的电位器R RWW的的的的细心调节，细心调节，细心调节，细心调节，R RWW过大：输出方波！过大：输出方波！过大：输出方波！过大：输出方波！R RWW过小：电路过小：电路过小：电路过小：电路不起振！不起振！不起振！不起振！3.3.RCRC文氏电桥正弦波振荡电路文氏电桥正弦波振荡电路文氏电桥正弦波振荡电路文氏电桥正弦波振荡电路3.1 RC3.1 RC文氏电桥正弦波振荡器的工作原理文氏电桥正弦波振荡器的工作原理文氏电桥正弦波振荡器的工作原理文氏电桥正弦波振荡器的工作原理:文氏电桥振荡器由文氏电桥振荡器由文氏电桥振荡器由文氏电桥振荡器由RCRC串并串并串并串并选频网络选频网络选频网络选频网络和

8、和和和同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器组成组成组成组成.其中其中其中其中RCRC串并串并串并串并选频网络形成选频网络形成选频网络形成选频网络形成正反馈电路正反馈电路正反馈电路正反馈电路并决定并决定并决定并决定RCRC振荡器的振荡器的振荡器的振荡器的振荡频率振荡频率振荡频率振荡频率fofo：电路的振荡电路的振荡电路的振荡电路的振荡频率频率频率频率:fo=1/(:fo=1/(2 2RCRC)()(当当当当R1=R2;C1=C2R1=R2;C1=C2时时时时)当当当当f=fof=fo时时时时:up:up与与与与uouo的相位差的相位差的相位差的相位差=0=00 0 fumax=up/uo=1

9、/3.fumax=up/uo=1/3.RaRa和和和和RbRb形成形成形成形成负反馈电路负反馈电路负反馈电路负反馈电路决定起振的幅值条件调节决定起振的幅值条件调节决定起振的幅值条件调节决定起振的幅值条件调节波形波形波形波形与稳幅控制与稳幅控制与稳幅控制与稳幅控制.4 RC RC文氏电桥振荡文氏电桥振荡文氏电桥振荡文氏电桥振荡电路电路电路电路 调节调节调节调节Rw,Rw,使使使使uouo波形基本不失真波形基本不失真波形基本不失真波形基本不失真时时时时,分别测量输出电压分别测量输出电压分别测量输出电压分别测量输出电压upup.uouo和振和振和振和振荡频率荡频率荡频率荡频率fofo,并记录表并记录

10、表并记录表并记录表-1-1中中中中.表表表表-1-1文氏电桥振荡电路实验表文氏电桥振荡电路实验表文氏电桥振荡电路实验表文氏电桥振荡电路实验表电路参数电路参数电路参数电路参数频率频率频率频率fofo/Khz/Khz电压电压电压电压/v/vup/uo1up/uo1波形波形波形波形R1R1/k/kR2R2/k/kC C/uf/uf计算值计算值计算值计算值测量值测量值测量值测量值upupuo1uo11 10.10.11 10.20.2文氏电桥振荡器：文氏电桥振荡器：文氏电桥振荡器：文氏电桥振荡器：fofo=1/21/2 RCRC；正反馈电路：正反馈电路：正反馈电路：正反馈电路：RCRC串并选频网络串并

11、选频网络串并选频网络串并选频网络决决决决定定定定RCRC振荡器的振荡器的振荡器的振荡器的振荡频率振荡频率振荡频率振荡频率fofo。负反馈电路：负反馈电路：负反馈电路：负反馈电路：RaRa和和和和RbRb决定决定决定决定起振条起振条起振条起振条件，调节波形与稳幅控制。件，调节波形与稳幅控制。件，调节波形与稳幅控制。件，调节波形与稳幅控制。RbRb并联并联并联并联：正向非线性电阻正向非线性电阻正向非线性电阻正向非线性电阻起振时：起振时：起振时：起振时：电阻大电阻大电阻大电阻大负反馈小；负反馈小；负反馈小；负反馈小；振荡幅值大时：振荡幅值大时：振荡幅值大时：振荡幅值大时：电阻小负反馈大，电阻小负反馈

12、大，电阻小负反馈大，电阻小负反馈大，整形限幅。整形限幅。整形限幅。整形限幅。3267415U1UA74132%RVB10kC1C2-12v12vu1OP9%RV11010k kD11N4007D21N4007调调调调负负负负反反反反馈馈馈馈起起起起振振振振限限限限幅幅幅幅改改改改变变变变R R调调调调频频频频率率率率R11 1k kR310kR23k54 4.1 1方波方波方波方波/三角波产生电路：由三角波产生电路：由三角波产生电路：由三角波产生电路：由迟滞迟滞迟滞迟滞比较器比较器比较器比较器与与与与积分器积分器积分器积分器首尾相串联首尾相串联首尾相串联首尾相串联构成构成构成构成。电路输出频率

13、电路输出频率电路输出频率电路输出频率fofo =R2/(4R1RpC)=R2/(4R1RpC)；三角波输出电压：三角波输出电压：三角波输出电压：三角波输出电压：Uo2=Vz*R1/R2 Uo2=Vz*R1/R23267415U1UA7413267415U2UA74112v12v-12v-12v12v12v-12v-12vC11ufR32kR2R220k20kR1R110k10kR Rp p10k10kuo1SW1SW-SPDTC210uuo2ABCDD11N5235BD21N5235B积分电路积分电路积分电路积分电路迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器方波方波方波方波/三角波产生电路三角波

14、产生电路三角波产生电路三角波产生电路 频率频率频率频率fofo =R2/(4R1RpC)=R2/(4R1RpC)64.2 4.2 方波方波方波方波/三角波三角波三角波三角波变换变换变换变换电路的计算与测试：电路的计算与测试：电路的计算与测试：电路的计算与测试：计算信号计算信号计算信号计算信号频率与频率与频率与频率与三角波三角波三角波三角波电压电压电压电压幅值，用示波器幅值，用示波器幅值，用示波器幅值，用示波器观察观察观察观察并并并并测量测量测量测量方波方波方波方波-三角波三角波三角波三角波uouof f、uouo3 3波形。将实验数据记录在表波形。将实验数据记录在表波形。将实验数据记录在表波形

15、。将实验数据记录在表-2-2中中中中.表表表表-2-2 信号产生信号产生信号产生信号产生 方波方波方波方波/三角波三角波三角波三角波变换变换变换变换电路实验记录表电路实验记录表电路实验记录表电路实验记录表迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器积分电路积分电路积分电路积分电路参数参数参数参数频率频率频率频率fo/hzfo/hz三角波三角波三角波三角波u uo o3 3/v/vR1/kR1/kR2/kR2/ku uo2o2/v/v占空占空占空占空Rp/kRp/kC/ufC/uf计算计算计算计算测量测量测量测量计算计算计算计算测量测量测量测量5.5.用用用用差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器

16、做做做做三角波三角波三角波三角波/正弦波正弦波正弦波正弦波变换电路变换电路变换电路变换电路5.1.5.1.三角波三角波三角波三角波/正弦波正弦波正弦波正弦波变换原理：变换原理：变换原理：变换原理：用差分对管的用差分对管的用差分对管的用差分对管的饱和饱和饱和饱和与与与与截止截止截止截止特性特性特性特性进行进行进行进行变换变换变换变换：差分放大器：差分放大器：差分放大器：差分放大器电流恒定电流恒定电流恒定电流恒定并要求：传输并要求：传输并要求：传输并要求：传输特性对称特性对称特性对称特性对称线性线性线性线性区尽可能窄；三角波的区尽可能窄；三角波的区尽可能窄；三角波的区尽可能窄；三角波的幅值幅值幅值

17、幅值VmVm应使输出接近晶体管的应使输出接近晶体管的应使输出接近晶体管的应使输出接近晶体管的截止电截止电截止电截止电压压压压；7R Rp1p110kC1100uR715kR815kR56.8k12VR Re e100100R Rp2p2100R93kR Re4e43k3k-12vR116.8kC2100uRV3(2)V=-0.638869RV3(1)V=-0.638995Q12N2926Q22N2926Q32N2926Q42N2926R430kC30.1uR RP3P310kR8(2)V=6.97652R7(2)V=8.28483uo3V=-1.3461Q1(B)V=-0.00572449SW

18、2AMFM+-ABCD5.2 5.2 差分放大器电路差分放大器电路差分放大器电路差分放大器电路 主要由主要由主要由主要由Q1Q2Q1Q2等构成。其中等构成。其中等构成。其中等构成。其中ReRe用于减小差放的线性区，用于减小差放的线性区，用于减小差放的线性区，用于减小差放的线性区，Rp2Rp2对称性调节，对称性调节，对称性调节，对称性调节，C3C3滤波电容。滤波电容。滤波电容。滤波电容。恒流源恒流源恒流源恒流源由由由由Q3.Q4.Re3.Q3.Q4.Re3.Re4Re4与与与与Rp3Rp3构成，为构成，为构成，为构成，为差分放大器提供差分放大器提供差分放大器提供差分放大器提供恒定恒定恒定恒定电流

19、电流电流电流。Io=Ri=Io=Ri=Vee-0.7/(Rp3+Re4)=Vee-0.7/(Rp3+Re4)8表表表表-3-3 函数信号发生器实验表函数信号发生器实验表函数信号发生器实验表函数信号发生器实验表波形波形正弦波正弦波正弦波正弦波方波方波方波方波三角波三角波三角波三角波电路电路1 1RCRC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路2 2比较电路比较电路比较电路比较电路3 3积分电路积分电路积分电路积分电路参数参数参数参数R1R1Rp1Rp1C Cf fuo1uo1Rp2+Rp2+正频正频正频正频负频负频负频负频uo2uo2Rp3Rp3C3C3uo3uo313k3k0.145%23K30K0.

20、150%330K40K0.160%设计实验电路参数注意：设计实验电路参数注意：设计实验电路参数注意：设计实验电路参数注意：采用采用采用采用RCRC振荡振荡振荡振荡正弦波正弦波正弦波正弦波/方波方波方波方波/三角波输出方案，三角波输出方案，三角波输出方案，三角波输出方案，首先必须计算的文氏电桥振荡频率外，其次还要计算作方波三角波变换积分首先必须计算的文氏电桥振荡频率外，其次还要计算作方波三角波变换积分首先必须计算的文氏电桥振荡频率外，其次还要计算作方波三角波变换积分首先必须计算的文氏电桥振荡频率外，其次还要计算作方波三角波变换积分电路的参数，使其电路的参数，使其电路的参数，使其电路的参数，使其积

21、分积分积分积分电路的电路的电路的电路的R3C3R3C3之之之之积积积积 正弦波正弦波正弦波正弦波振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路的的的的R1C1R1C1之之之之积！积！积！积！否则，可能影响否则，可能影响否则，可能影响否则，可能影响三角波三角波三角波三角波形的正常输出！形的正常输出！形的正常输出！形的正常输出！6.1 6.1 用运放用运放用运放用运放构成以构成以构成以构成以RCRC振荡器振荡器振荡器振荡器为基础的为基础的为基础的为基础的函数信号发生器函数信号发生器函数信号发生器函数信号发生器:根据信号根据信号根据信号根据信号频率频率频率频率:fo=1:fo=1/2/2C(R1*RP2)C(R1

22、*RP2)，三角波三角波三角波三角波电压电压电压电压：uo=uuo=ui iwwT/(4RC)T/(4RC)等等等等，分别计算电路有关参数并测量记录在表分别计算电路有关参数并测量记录在表分别计算电路有关参数并测量记录在表分别计算电路有关参数并测量记录在表-3-3中。中。中。中。93267415U1UA74115%RVB10kC10.1uC20.1u-12v12v3267415U2UA74112v-12v3267415U3UA741C30.1uuo112V-12V80%RV110kABCD100%RV415kuo2uo350%RV310kR11kR310kR42kR5470R6150kR23kD

23、11N4001D21N4001D31N5235BD41N5235BR110kSW1SW-SPDT 正弦波正弦波正弦波正弦波/方波方波方波方波/三角波变换电路三角波变换电路三角波变换电路三角波变换电路采用采用采用采用RCRC振荡器振荡器振荡器振荡器产生产生产生产生正弦波正弦波正弦波正弦波,频率频率频率频率:fo=1fo=1/2/2C(R1RP1)C(R1RP1)通过通过通过通过比较器比较器比较器比较器变换同频率变换同频率变换同频率变换同频率方波方波方波方波，再再再再通过通过通过通过积分器积分器积分器积分器变换同频率变换同频率变换同频率变换同频率三角波三角波三角波三角波。图图图图-4 RC-4 R

24、C振荡函数信号发生器振荡函数信号发生器振荡函数信号发生器振荡函数信号发生器振荡器振荡器振荡器振荡器正弦波正弦波正弦波正弦波R R调调调调频频频频率率率率RP2RP2调反馈调反馈调反馈调反馈起振限幅起振限幅起振限幅起振限幅频率频率频率频率:150-1500hz:150-1500hz比较器比较器比较器比较器:正弦波正弦波正弦波正弦波/方波方波方波方波 积分器积分器积分器积分器:方波方波方波方波/三角波三角波三角波三角波uouo3 3=uiuiwwT T/(4RC4RC3 3)调占空比调占空比调占空比调占空比107.实验报告要求：实验报告要求：7.1.7.1.有较完善的电路有较完善的电路有较完善的电

25、路有较完善的电路设计方案设计方案设计方案设计方案，有各，有各，有各，有各单元电路单元电路单元电路单元电路的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理及电路中关键元件作用的论述；及电路中关键元件作用的论述；及电路中关键元件作用的论述；及电路中关键元件作用的论述；7.2.7.2.有有有有波形产生波形产生波形产生波形产生电路电路电路电路频率频率频率频率及及及及波形变换波形变换波形变换波形变换电路输出电路输出电路输出电路输出电压电压电压电压的的的的理论理论理论理论计算；计算；计算；计算；7.3.7.3.根据实验记录根据实验记录根据实验记录根据实验记录原始数据原始数据原始数据原始数据,计算计算计算计算实验结果实验结果实验结果实验结果，并将，并将，并将，并将实验结果实验结果实验结果实验结果与实验电路的与实验电路的与实验电路的与实验电路的理论计算值理论计算值理论计算值理论计算值对比；对比；对比；对比；7.4.7.4.记述实验过程中出现的故障，分析故障产生的原因及记述实验过程中出现的故障，分析故障产生的原因及记述实验过程中出现的故障，分析故障产生的原因及记述实验过程中出现的故障，分析故障产生的原因及消除的办法。消除的办法。消除的办法。消除的办法。