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 

如图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J1 J2 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。

图2

       电路的振荡频率为：

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。

RP2 R4 R13 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：，代入数据解得

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4

Ⅲ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，。如图4所示。

在multisim软件仿真时，当RP3 调节到50%时，（计算结果=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：

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：

 23.5 Hz ~124.2 Hz，113 Hz~595 Hz,，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

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

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。

第二篇：信号发生器实验报告

  信号发生器

摘  要

函数发生器是一种在科研和生产中经常用到的基本波形产生器，集成函数波形发生器一般都采用ICL8038或5G8038。本文介绍由单片机AT89S52和D/A转换器DAC0832及LM35组成的函数波形发生器，该电路能够产生正弦波、方波和三角波信号，频率能在100Hz～100kHz范围内可调。

关键词： 函数波形发生器；单片机AT89S52; D/A转换器DAC0832;LM358；电位器；稳压管；二极管；

第一部分：系统需求分析

一、概论

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

 本设计要求实现一个信号发生器，能够产生正弦波，三角波和方波信号。

二、技术指标

（1）输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调；

（2） 输出信号频率稳定度优于10-3；

（3）在1kW负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；

三、要求

（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形

（2）输出信号波形无明显失真；

（3）自制稳压电源。

第二部分：方案设计与论证

一、    方案论证与比较

函数信号产生方案

对于函数信号产生电路，一般有多种实现方案，如模拟电路实现方案、数字电路实现方案(如DDS方式)、模数结合的实现方案等。

数字电路的实现方案：一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。

模拟电路的实现方案：是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。

方案一：

 

如用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波，其电路框图如图2-1所示。

方案二：

由单片机构成的信号产生电路：

利用单片机AT89S52和D/A转换器DAC0832可很方便地产生各种的波形信号，原理图如图3所示。

D/A转换芯片DAC0832输出为电流形式，为了得到电压输出，需要在输出端接上运算放大器，为运算放大器的负反馈电阻端。编程时，只需把要产生的信号波形各点的幅值转换为二进制数，把整个周期的数据制成一张表，单片机依次输出到DAC0832进行D/A转换，经运放后可得相应的电压信号，如此周而复始，可获得相应的周期信号波形。

系统框图下图1所示：

                                                                                        

                                                         

图1 信号发生器系统框图

对于波形产生电路的模拟数字结合电路的实现方案，也有几种电路方式可供选择。单片机控制品质卓越，基于单片机的函数发生器运行可靠，操作方便。本实验选用由单片机构成的信号产生电路。

第三部分  方案实施

1电路原理图：

单片机构成的信号产生电路图

2自制稳压源

+5V自制稳压源

±12V自制稳压源

元件清单

Part Type  Designator Footprint

0.1u  C8 XTAL1

0.1u  C12   XTAL1

0.1u  C2 XTAL1

0.1u  C4 XTAL1

0.1u  C6 XTAL1

0.1u  C10   XTAL1

1K R0 AXIAL0.6

1M R10   DWQ

10K   R9 AXIAL0.6

12M   UJ RB.2/.4

16V/1000u  C7 DY470

16V/1000u  C11   DY470

25V/470u C3 DY470

25V/470u C1 DY470

25V/1000u  C5 DY470

25V/1000u  C9 DY470

30p   CJ2   XTAL1

30p   CJ1   XTAL1

80C52 U4 DIP40

100u  C? DY470

CON2  J2 DZ

CON2  J? DZ

CON2  J1 DZ

DIODE D3 AXIAL0.6

DIODE D4 AXIAL0.6

DIODE D1 AXIAL0.6

DIODE D8 AXIAL0.6

DIODE D7 AXIAL0.6

DIODE D5 AXIAL0.6

DIODE D6 AXIAL0.6

DIODE D2 AXIAL0.6

J-ISP U8 JIEKOU

LM358 U6 DIP8

LM7805  U1 TO-220

LM7812  U2 TO-220

LM7912  U3 TO-220

PCM1718E U5 DIP20

SW-PB S7 4JKEY

SW-PB S6 4JKEY

SW-PB S8 4JKEY

SW SPST S1 VR5

SW SPST S3 VR5

SW SPST S2 VR5

SW SPST S5 VR5

SW SPST S4 VR5

程序

第四部分：检测及测试方法与数据记录

1.  全桥组件的检测

全桥组件的内部结构如图所示。首先将万用表置于R×10K档，测量一下全桥组件交流电源输入端3,4脚的正，反向电阻值。从图可见，无论红，黑表笔怎样交换测量，左右两边的两个二极管都有一个处于反向接法，所以良好的全桥组件3,4脚之间的电阻值应无穷大。当4个二极管之中有一个击穿或漏电时，都会导致3，4脚之间的电阻值变小。因此，当测得3,4引脚之间的电阻值不是无穷大时，说明全桥组件中的4个中必定有一个或多个漏电；当测得阻值只有千欧时，说明全桥组件中有个别二极管已经击穿。

全桥组件的内部结构

第五部分：测试结果分析与总结

通过仿真我们发现，原理图方案是可行，可以达到设计的效果。

第二部分是根据仿真的数据搭建正弦波、方波、三角波发生电路的实物电路板（如图5-3所示），并在示波器上观察各部分输出的波形。通过对实物电路的调试，通过调节位器RW1、RW2的值可以从示波器上观察到预计的波形（如图5-4所示）。同时，通过改变实物电路的参数可以对输出波形的幅值和频率进行调节，得到不同幅值和频率的波形。