专业： 自动化（控制） 姓名： 学号：_ 日期：_ 2013/7/16 地点： 月牙楼301 实验报告

课程名称：___实验技能训练____________指导老师： 仲玉芳、曹峥 成绩：________ __________ 实验名称：___低频函数信号发生器设计 实验类型：_ ___________同组学生姓名：____ ______ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1. 掌握低频信号发生器的工作原理和设计思路

2. 学习使用Proteus软件绘制原理图并仿真，从而检验电路的合理性并为电路调试提供指导 3. 掌握使用Protel99SE绘制原理图并生成PCB图的方法 4. 学习热转印、腐蚀制作PCB板的方法 5. 掌握电路板的焊接技能

6. 学习电路的调试过程，加深对实验原理的理解。

装 订 二、主要仪器设备

软件：Proteus、Protel99SE

硬件：工具箱、万用表、电源、示波器、热转印机、电路板腐蚀机、小台钻、打印机

三、实验内容和实验步骤 1. 方案比较及可行性分析

a) 总体方案讨论

线

b) 数字电路实现方案

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。这种方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频信号（如> 1MHz）。

c) 数模结合实现方案

模数结合的实现方案，一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。 d) 模拟电路实现方案 i. 方案一

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，电路框图如图所示。

ii.

这种电路结构简单，并具有良好的正弦波和方波信号。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。 方案二

由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，电路框图如图所示。

这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关。

该方案是本实验信号产生部分的使用方案。

2. 单元电路分析及计算

1) 分析 R20、R21 的作用，计算其取值范围；

R20、R21起限流作用，，控制通过发光二极管的电流，保护发光二极管。

由于发光二级管正常工作时的管压降UF为1.5~2.0V，工作电流一IF般取10~20mA。

故R20、R21的取值范围为：0.65kΩ~1.35kΩ 2) 分析 R3 的作用，计算其取值范围；

R3起限流作用，控制通过稳压二极管的电流，使稳压管工作在稳压区。 1N4738的工作电流IzT=76mA 最大电流Izm=275mA

3)

4)

5)

6)

R3至少要大于31.6Ω

指出 Q1、Q2 的类型，分析其作用；

Q1为NPN型晶体三极管，Q2为PNP型晶体三极管

Q1、Q2作用：三极管同电位器和电阻组成电流源电路，位于折线法正弦函数转换电路中，为折线法正弦转换电路提供稳定电流，从而在A、B、C、D、E、F点获得稳定电压。 分析电位器 W2 的作用，计算其参数；

电位器W2位于方波、三角波发生电路，主要是用来调节积分电路输出的三角波幅度，同时会产生副作用，影响输出的频率。

W2在滑片左右端电阻比值起作用，故W2总阻值没有特殊要求。本实验W2取10k。

分析 W1 和C1、C1’的作用及两者的比例关系，计算其参数；假设W2处于中间位置，C1 可以取0.1uF、0.01uF；

W1和C组成的网络对波形的频率进行调整，由4的分析， ，当W2处于中间位置时， ，当C为0.1μF时，频率可调范围为100Hz~1kHz，所以 的取值范围为：2.5kΩ~25kΩ。由提供的原件可知，W1选择20kΩ最合适。

分析 W3、R4、R5 的作用，要求增益调整范围为（0.2，4），计算W3、R5 的参数； W3、R4、R5和第三级运放组成增益可调的反相比例放大器。由理想运放的虚短和虚断的特性，得到第三级运放的增益表达式为

Av3?R5?W3 R4要求增益调整范围为0.2~4，当W3为0时，R5/R4=0.2，因为R4=5kΩ，所以R5=1kΩ。当增益为最大值4时，得到W3为19kΩ，因此，W3选择20kΩ的电位器。 7) 分析 R7—R15 及D1—D6 组成电路的作用，计算R9、R12、R15 的参数；

R7~R15及D1~D6组成的电路为折线法正弦函数转换电路，实现三角波到正弦波的转换。设

第三级运放输出的三角波幅值为Vim，第四级运放输出正弦波函数为v?Vsin(2?t)。由

oomT正弦波在t=0处的斜率等于三角波的斜率得Vom?2?因为有六个二极管（正Vim?0.637Vim 。

半周期三个，负半周期三个），所以在正半周期和负半周期各建立起6个转折电压：t=T/14或6T/14时，V?0.276V ；t=2T/14或5T/14时，V?0.498V ；t=3T/14或4T/14时，

o1imo2imVo3?0.621Vim 。

在2T/14~3T/14时间段内，D1、D2均导通，于是有下式：Vo3?Vo2?T/14R8//R9V?im ，

R7?R8//R9T/4带入数据得，R9=2kΩ，从提供的元件中选择2.2kΩ的电阻。

由于开关二极管的导通电流很小，所以经过R10、R11、R12的电流近似相等，即

Vo1?0.5VVo2?Vo1Vo3?Vo2 。假设Vim=5V，带入数据得到R12=R15=148Ω，从提

??R10R11R12