函数信号发生器怎么接入电路_语言综合

　　函数信号发生器接入电路的方法是：1、单端输出，即中间端口接地，“+”和“-”两端分别输出信号的幅度（峰值）即是设置函发面板的设置值，但相位相反（即相差π）；2、由“+”和“-”两端输出（即“-”或“+”一端接地，另一端输出），则输出信号的幅度（峰值）是函发面板的设置值2倍；3、信号发生器的正输入端接C5输入口，负输入端接GND,示波器A相正输入接信号发生器输入端，示波器B相输入接U3输出口，示波器两个负是入口接GND。

　函数信号发生器是一种信号发生装置，能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等)信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

1 前言

在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速地选用不同特征的信号源，就成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后人们用其它仪表测量感兴趣的参数。信号源在各种实验应用和实验测试处理中，不是测量仪器，而是根据使用者的需求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。

函数信号发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小、输出稳定、可靠性高，特别是 *** 作简单方便。

本实验由两个电路组成，分别是“方波——三角波发生电路”和“三角波——正弦波变换电路”。方波——三角波发生电路由自激的单线比较器产生方波，通过RC积分电路产生三角波，再经过差分电路可实现三角波——正弦波的变换。本电路振荡频率和幅度用电位器调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定；而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。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力、物力资源，具有实际的应用价值。

11设计任务要求：

设计制作一个简易方波——三角波——正弦波信号发生器，供电电源为±12V，要求频率调节方便，并满足下列指标要求：

1、输出频率能在1 KHZ~10KHZ范围内连续可调。

2、方波输出电压峰峰值Uopp=12V（误差<20%），上升、下降沿均小于10uS；

3、三角波输出电压峰峰值Uopp=8V（误差<20%）；

4、在1KHZ~10KHZ的频率范围内，正弦波输出电压峰峰值Uopp≥1V，无明显失真。

提高要求：

1、将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围不少于30%~70%；

2、自拟其他功能。

2 方波、三角波、正弦波发生器方案

2 1 原理框图

RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波——方波——三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过 RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。

2 2 系统组成框图

3 各组成部分的工作原理

31 方波-三角波产生电路的工作原理

方波输出幅度由2DW232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=±（Uz+UD）。

方波和三角波的震荡频率相同，为f=1 /T=āRf/4R1 R2C，式中ā为电位器Rp1的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。即调节Rp1可改变振荡频率。

根据两个运放的转换速率的比较，在产生方波的时候选用转换速率快的LM318，这样保证生成的方波上下长短一致，用LM741则会不均匀。产生三角波的时候选用LM741。其中R1、R2的值是根据实验要求设定在20K和30K，根据计算可设定R6=2KΩ，C=0 01 uF。根据运放两端电阻要求的电阻平衡，选择R6的阻值和R8的相等，即R8=2KΩ。根据所需要输出方波的幅度选择合适的稳压管和限流电阻R3的大小。稳压管为给定的2DW232，其稳压幅度已经给定。选择限流电阻R3为430Ω。为使ā的变化范围较大，信号的频率范围达到要求，电位器Rp1选择为100KΩ范围内可调。

3 2 三角波-正弦波转换电路的工作原理

差动放大器具有很大的共模抑制比，被广泛应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。

差动放大器的设计：

1、确定静态工作点电流Ic1、Ic2、Ic3

静态时，差动放大器不加入输入信号，对于电流镜Re3=Re4=ReIr=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2I b4=Ic4+2Ic4/β≈Ic4=Ic3而Ir=Ic4=Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/(R+Re4)。上式表明恒定电流Ic3主要由电源电压Ucc、Uee和电阻R、Re4决定，与晶体管的参数无关。由于差动放大器的静态工作点主要由恒流源决定，故一般先设定Ic3。Ic3取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。因此在实验中，取Ic3为1mA。有Ic1 =Ic2=0 5Ic3=0 5mA。由R+Re=（Ucc+Uee-Ube）/Ir，其中Ucc为12V，Uee也为12V，Ube的典型值为07V（在本次取值中可以忽略），Ir为1 mA，故取R=18KΩ，Re4=1 KΩ。由于镜像电流源要求电阻对称，故取Re3=1KΩ。

2、差模特性

差动放大器的输入和输出各含有单端和双端输入两种方式，因此，差动放大器的输入输出共有四种不同的连接方式。不同的连接方式，电路的特性不同。Rp的取值不能太大，否则反馈太强，一般取100Ω左右的电位器，用来调整差动放大器的对称性。

3、三角波——正弦波变换电路

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。本实验利用差分放大器传输特性曲线的非线性，实现三角波——正弦波的变换。

图中R17调节三角波的幅度，R16调整电路的对称性，并联电阻RE用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C2、C3、C4为隔直流电容，用单向的大电容不但很好地滤除直流分量，还能避免双向耦合，使输出地波形清晰稳定。C5为滤波电容，以滤除高频信号干扰，改善输出正弦波的波形，减少不确定的信号干扰。

电解电容C2、C3、C4为隔直流电容，为达到良好的隔直流、通交流的目的，其容值应该取得相对较大，故取C2=100uF，C3=100uF，C4=100uF。R17调节三角波的幅度，为满足实验要求，其可调范围应该比较大，故取R17=10kΩ。Rb1与Rb2为平衡电阻，取值为 Rb1=Rb2=51Ω。流进T1，T2集电极电流约为05mA，为满足其正弦波的幅度大于1mA，取Rc1=Rc2=75kΩ，使得电流流经Rc2的电压降不至于很大。C5为滤波电容，其值应该满足要求的正弦电压幅度与频率，其值不能取太大，否则会使幅度太小无法达到要求，故取 C5=01uF。至此，电路的设计基本完成，需要在实验中进一步调试电路。

3 3 提高要求电路图

将原电路图的R5改为

这样的结构，利用二极管的单向导电性，电位器的调节使两个方向串接的电阻值不同，使得电容C充电、放电的时间不同，从而实现调节方波占空比的扩展功能。

3 4 总电路图

4 用Multisim电路仿真

4 1 方波—三角波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图8所示的方波转三角波波形仿真图。

4 2 方波—正弦波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图所示的三角波转正弦波波形仿真图。

4 3 提高要求的仿真

5 电路的实验结果及分析

5 1 方波波形产生电路的实验结果

把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进行整体测试、观察。针对其出现的问题，进行排查校验，使其满足实验要求。可得到实测方波波形如图11所示：

5 2 方波——三角波转换电路的实验结果

实测三角波波形如图12所示：

5 3 正弦波发生电路的实验结果

由示波器实测正弦波波形图为：

由图可知波形比较准确，调节RP可改变幅频、幅值大小。频率在1kHZ~10kHZ连续可调。

5 4 提高要求的实验结果

5 5 主要测试数据

三种输出波形的输出频率在1K~10KHz范围内连续可调，无明显失真。

方波的峰峰值为138V，大于实验要求的峰峰值12V，误差为15%，小于20%，满足实验要求。上升时间为251ns，小于10us。输出方波占空比可调范围是12%87%，大于30%70%。

三角波的峰峰值为885V，大于实验要求的峰峰值8V，误差为10625%，小于20%，满足实验要求。

正弦波的峰峰值大于1V满足要求。

5 6 必要的测试方法

利用直流电压源产生工作电压，用示波器测试输出电压波形、峰峰值、频率、占空比、上升时间等，用万用表测量电阻的阻值及电容容值。

5 7 实验结果分析

输出的各波形的参数范围符合使要求，有些许的偏差。原因可能是在各原件的参数选择上有些偏差。

正弦波稍微有点失真是因为积分电路中充放电的时间不够, 隔直电容选取的不够大，差分电路不完全对称，调节几个电位器即可使波形改善，若还不对称，则需将隔直电容调换之更大数值。

6 故障及问题分析

在第一次试验中，第一级的方波——三角波发生电路不能产生波形，检查元器件连接无误，于是多次将电路拆掉重连，最终发现是调节频率的电位器一个引脚损坏。

无波形图示：

第二级电路连接好之后，正弦波总出现波形失真，且频率可调范围小于1K~10KHz，我请教了电路中心的张咏梅老师，她说这是因为正弦波形是电容滤出来的，而不是差分电路输出的改变C2、C3、C4的容值即可。

于是改变C2、C3、C4的容值，反复试验，最终出现无失真，频率范围可调的正弦波。

失真图示：

7 实验总结

在实验过程中，遇到了很多的问题。比如：

1、波形失真，甚至得不到波形这样的问题。开始很长一段时间内我换掉各种元件但是还是不能出现波形，直到我更换了面包板。这是因为插线的时候用力过猛，使得面包板的d片掉落，不能使电路内部连通。

2、正弦波输出有很大失真，一开始没有输出正弦波而是三角波，这是因为差放工作在线性区，不能完成三角波——正弦波的转换，我将Rb的阻值调小，并且改变隔直电容的容值，才使波形得以改善。

3、方波的峰峰值不符合要求。理论上，方波的峰峰值是由稳压管决定的，调节电位器，可以改变幅度和频率。

4、三角波峰峰值比预想中大。理论上，是要保证R1/R2=3:2，即可保证三角波峰峰值为8V。但当采用了R1=30kΩ，R2=20kΩ的电阻后，三角波的峰峰值反而偏大，并且不由调节电位器可以改变。解决办法是适当调整R1、R2的阻值直到达到预期效果。

5、一开始搭建电路缺乏经验，使电路的构造十分拥挤。后来借鉴了其他同学搭电路的方法，让电路连接的导线尽量短，导线和元器件紧贴在面包板上，这样搭出来的电路更加赏心悦目，各元器件的连接更加清晰，debug更加方便，实验成功率也大大提高。

6、一开始正弦波失真，是因为正弦波形是电容滤出来的，而不是差分电路输出的。改变C6、C7的容值即可。

8 仪器仪表清单

8 1 所用仪器及元器件：

元器件：电位器、电阻、电容

函数信号发生器怎么接入电路

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