信号发生器实验报告(波形发生器实验报告)

信号发生器一、实验目的1、掌握集成运算放大器的使用方法，加深对集成运算放大器工作原理的理解。2、掌握用运算放大器构成波形发生器的设计方法。3、掌握波形发生器电路调试和制作方法。二、设计任务设计并制作一个波形发生电路，可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号。三、具体要求（1）可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号，波形人眼观察无失真。（2）利用一个按钮，可以切换输出波形信号。。（3）频率为1－2KHz连续可调，波形幅度不作要求。（4）可以自行设计并采用除集成运放外的其他设计方案（5）正弦波发生器要求频率连续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路要保证电路不出现积分饱和失真。四、设计思路基本功能：首先采用RC桥式正弦波振荡器产生正弦波，然后通过整形电路(比较器)将正弦波变换成方波，通过幅值控制和功率放大电路后由积分电路将方波变成三角波,最后通过切换开关可以同时输出三种信号。五、具体电路设计方案Ⅰ、RC桥式正弦波振荡器图1图2电路的振荡频率为：RCf210将电阻12k，62k及电容100n，22n，4.4n分别代入得频率调节范围为：24.7Hz~127.6Hz，116.7Hz~603.2Hz，583.7Hz~3015Hz。因为低档的最高频率高于高档的最低频率，所以符合实验中频率连续可调的要求。如左图1所示，正弦波振荡器采用RC桥式振荡器产生频率可调的正弦信号。J1a、J1b、J2a、J2b为频率粗调，通过J1J2切换三组电容，改变频率倍率。RP1采用双联线性电位器50k，便于频率细调，可获得所需要的输出频率。RP2采用200k的电位器，调整RP2可改变电路Af大小，使得电路满足自激振荡条件，另外也可改变正弦波失真度，同时使正弦波趋于稳定。下图2为起振波形。RP2R4R13组成负反馈支路，作为稳幅环节。R13与D1、D2并联，实现振荡幅度的自动稳定。D1、D2采用1N4001二极管。在multisim软件仿真时，调节电位器25%~35%时能够起振。电路起振条件：左右22134ppfRRRRA，代入数据解得kRP11.1002左Ⅱ方波发生器由正弦波振荡器产生的一定频率的正弦信号经过比较器产生一同频率的方波。如图3。电路输出端引入的限流电阻R6和两个背靠背的稳压管D3、D4（采用1N4734）组成双向限幅电路。UA741在这里实际上是一个电压比较器，当输入电压比基准电压高时，输出高电平，当输入电压比基准电压低时，输出低电平，输出端输出与输入同频率的方波。图3图4Ⅲ比例运算放大电路转换开关J5的作用是通过开关切换与比例运算放大电路连接，输出一定幅度的正弦波或方波。通过调节RP3（200k）调节放大倍数，936RRRApf右。如图4所示。在multisim软件仿真时，当RP3调节到50%时，（计算结果10%50-1*20033.0）（fA=10.033）放大前信号（左图5）与放大后信号（右图6）如下图所示。图5图6两幅图所占格数基本一致，左图中每格代表10v，右图中每格则代表100v，则此时信号约被放大了10倍。Ⅳ三角波发生器将J公共端接到示波器上，当J5与J状态均处于上图状态时，输出的是正弦波，当拨下J5但J状态如上图时，输出的是方波，当同时拨下J5与J时，输出的是三角波。总电路图如下图所示：被放大后的方波信号通过积分电路既可得到三角波。dtUCRUiO9121sCR01.0912tmtm是充电至饱和时间，如此选择参数可以保证电路不出现积分饱和失真，符合设计要求。六、实验过程及内容：1按照原理计算参数，确定选用电容电阻的参数2按照原理图用multisim进行仿真3按照电路图在电子实验箱中连线，进行测试4按照电路图焊电路板5对焊好的电路板进行测试：观察波形及记下实际可调频率，并进行误差分析。观察到的波形如下图所示：实测频率为：23.5Hz~124.2Hz，113Hz~595Hz,，562Hz~2870Hz七、数据处理分析1波形均未失真,符合设计要求2频率实测值与理论值的比较低档中档高档minmaxminmaxminmax实测值23.5124.21135955622870理论值24.7127.6116.7603.2583.73015相对误差4.86%2.66%3.17%1.36%3.72%4.81%由上表可知，实测频率均比理想频率小,当仍符合低档的最高频率高于高档的最低频率，所以符合实验中频率连续可调的要求。出现误差的可能原因有：1）电容和电阻实际值和标值不完全一致，可能偏大。2）导线有微小阻抗，导致电路中阻抗增大。八、所用元器件列表名称数量uA7414双联线性电位器50k1电位器200k2稳压二极管1N47322二极管1N40012拨动开关6电阻14电容9九、所用芯片介绍uA741（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。芯片引脚和工作说明：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源8空脚内部结构图：十、收获和体会：通过本次实验充分认识到思考问题的重要性，碰到问题时要冷静分析电路图，实验与理论的结合才能更好的完成设计。又通过本次实验，从设计电路到焊接以及到最后调试都是慢慢摸索，认真思考，团结合作，学到了很多知识与经验。