4.函数信号发生器设计省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,长江大学 龙从玉,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,1,4.,函数信号发生器设计,1.1,试验任务：,设计采,用运放（包含可用三极管）组成正弦波,.,三角波,.,方波函数信号发生器。,1.2,性能指标,要求：,Vcc=12V;Vee=-12V,。,采取,设计方案,。,设计,正弦波,/,方波,/,三角波,函数发生器,(,用文氏电桥,正弦波,振荡器,),:,频率范围：,150 1500hz,输出电压：方波,upp14V三角波,upp8V,；,正弦波,upp15V,波形特征：方波,上升时间,tr30us;,三角波,非线性系数,r6V,波形特征：方波,上升时间,tr30us;,三角波,非线性系数,r,2%:,正弦波,非线性失真,r5%,1,.,设计试验任务与要求,：,第1页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,2,2.1 RC,文氏电桥,振荡器产生,正弦波，,方波,-,三角波产生电路,可正弦波振荡器采取波形变换电路,经过迟滞比较器变换为方波,经积分器取得三角波输出。此电路输出频率就是就是,RC,文氏电桥振荡器,振荡频率,.,2.,函数信号发生器电路设计参考方案,RC,正弦波震荡器,迟滞,比较器,积分器正弦波,uo1,方波,uo2,三角波,uo3,2.2,用迟滞,比较器,与,反相积分器,首尾相串联,组成,方波,-,三角波,产生,电路，,然后，采取,差分放大器,，作为三角波,正弦波变换电路利用,差分对管,饱和与截止特征进行变换，此电路输出频率就是就是,方波,-,三角波,产生,电路频率,.,迟滞,比较器,积分器,正弦波,uoz,方波,uof,三角波,uo3,差分,放大器,过压,第2页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,3,3.2,RC,文氏电桥振荡器,试验关键点,:,.,在,R1=R2=R,C1=C2=C,时,振荡频率,f,=1/(2,RC);,.,起振幅值条件,:,Au,1,=(RaR,f,)/Ra,3,.,即,Rb/Ra 2,.,R,f,=R,W,+(R3Rd),Rd:,二极管正向电阻,.,*,电路调整,关键是,：,负反馈电路中电位器,R,W,细心调整，,R,W,过大：输出方波！,R,W,过小：电路不起振！,3.1 RC,文氏电桥正弦波振荡器工作原理,:,文氏电桥振荡器由,RC,串并,选频网络,和,同相放大器,组成,.,其中,RC,串并选频网络形成,正反馈电路,并决定,RC,振荡器,振荡频率,fo,：,电路振荡,频率,:fo=1/(,2,RC,)(,当,R1=R2;C1=C2,时,),当,f=fo,时,:up,与,uo,相位差,=0,0,fumax=up/uo=1/3Ra,和,Rb,形成,反向百分比电路,决定起振幅值条件调整,波形,与稳幅控制,.,3.,RC,文氏电桥正弦波振荡电路,第3页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,4,4,.,1,方波,/,三角波,产生电路,：由,迟滞,比较器,与,积分器,首尾相串联,组成,。,电路输出频率,fo,=R2/(4R1RpC),；,三角波输出电压：,Uo2=Uz*R1/R2,3,2,6,7,4,1,5,U1,UA741,3,2,6,7,4,1,5,U2,UA741,12v,-12v,12v,-12v,C1,1uf,R3,2k,R2,20k,R1,10k,R,p,10k,uo1,SW1,SW-SPDT,C2,10u,uo2,A,B,C,D,D1,1N,5235,B,D2,1N,5235,B,积分电路,迟滞比较器,附图,-2,方波,/,三角波产生电路,频率,fo,=R2/(4R1RpC),第4页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,5,3.3,RC,文氏电桥振荡,电路,调整,Rw,使,uo,波形基本不失真时,分别测量输出电压,up,.,uo,和振荡频率,fo,并统计表,-1,中,.,表-1文氏电桥振荡电路试验表,电路参数,频率,fo,/Khz,电压,/v,up/uo1,波形,R1,/k,R2,/k,C,/uf,计算值,测量值,up,uo1,1,0.1,1,0.2,文氏电桥振荡器：,fo,=,1/2,RC,；,正反馈电路：,RC,串并,选频网络,决定,RC,振荡器,振荡频率,fo,。,反向,百分比电路：,Ra,和,Rb,决定,起振条件,Au,，调整波形与稳幅控制。,Rb,并联,D1.D2,：,正向非线性电阻,起振时：电压,低,电阻,R,D,大,Au,大,；,振荡幅值大时：,电压,高,电阻,R,D,小,Au,小,，整形限幅。,3,2,6,7,4,1,5,U1,UA741,3,2,%,RVB,10k,C1,0.1u,C2,0.1u,-12v,12v,u1OP,9,%,RV1,10,k,D1,1N4007,D2,1N4007,图,-1 RC,正弦波振荡电路,调负反馈,起振,限幅,改变,R,调频率,R1,1,k,R3,10k,R2,3k,第5页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,6,4.2,方波,/,三角波,变换,电路计算与测试：,按上图,-3,所表示电路组成,信号产生,与方波,/,三角波,变换,电路,计算信号,频率与,三角波,电压,幅值，用示波器,观察,并,测量,方波,-,三角波,uo,f,、,uo,3,波形。将试验数据统计在表,-2,中,.,表-2 信号产生 方波/三角波变换电路试验统计表,迟滞比较器,积分电路,参数,频率,fo/hz,三角波,u,o,3,/v,R1/k,R2/k,u,o2,/v,占空,Rp/k,C/uf,计算,测量,计算,测量,5.,用,差分放大器,做,三角波,/,正弦波,变换电路,5.1,差分放大器,差模特征：,1),单端,输出差模,电压增益：,A,VD,=,-,R,L,/2(R,B1,+rbe),2),差模输入电阻：,Rid,=,2(,R,B1,+rbe)+(1+,)R,P,3),差模输出电阻：,R,O,=,R,C,第6页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,7,R,p1,10k,C,1,100u,R7,15k,R8,15k,R5,6.8k,12V,R,e,100,R,p2,100,R9,3k,R,e4,3k,-12v,R11,6.8k,C,2,100u,RV3(2),V=-0.638869,RV3(1),V=-0.638995Q1,2N2926,Q2,2N2926,Q3,2N2926,Q4,2N2926,R4,30k,C,3,0.1u,R,P3,1,0k,R8(2),V=6.97652,R7(2),V=8.28483,uo3,V=-1.3461,Q1(B),V=-0.00572449,AM,FM,+,-,A,B,C,D,图,-3,差分放大器,:,三角波,/,正弦波,变换,电路,5.2,用,差分放大器,传输特征,实现,三角波,/,正弦波,变换：,依据差分放大器差模输入下，,i,C,随输入,u,id,改变规律。放大器,电流恒定,，,用差分对管,饱和,与,截止,特征,进行,波形,变换,。,I,R,Io,恒流源,由,Q3Q4.Re3.Re4,与,Rp3,组成为差分放大器提供,恒定电流：,Io=,I,R,=Vee-0.7/(Rp3+Re4),电路要求：,传输特征,对称,线性区尽可能窄；,输入三角波,幅值,um,靠近晶体管,截止电压,。,差分放大器,主要由,Q1Q2,等组成。其中,Re,用于,减小,差放,线性区,，,Rp2,对称性调整，,C3,滤波电容。,第7页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,8,表-3 函数信号发生器试验表,波形,正弦波,方波,三角波,电路,1,RC,振荡电路,2,比较电路,3,积分电路,参数,R1,Rp1,C,f,算,f,测,uo1,Rp3,正频,负频,uo2,Rp4,C3,uo算,uo3,1,1k,1k,0.1,45%,2,10K,5K,0.1,50%,3,10K,10K,0.1,55%,调试时应注意：,在调试正弦波振荡器时，,先,测量,运放,输入,/,输出,端,直流电压,(,正常时均为,0,),。,再,将反向百分比电位器,RPb,调至最大,，,最终将该,电位器,迟缓调小，,使,输出,为,正弦波,。,依据,RC,文氏电桥参数,计算,振荡频率，其次应使,积分,电路,R3*C3,正弦波,振荡电路,R1*C1,！,不然，可能会,影响,输出,三角波,波形,！,6.1,用运放,组成以,RC,振荡器,为基础,函数信号发生器,:,依据信号,频率,:fo=1,/2,C(R1*RP2),0.5,，,三角波,电压,:,uo=u,i,w,T/(4RC),分别将,信号发生器,电路,计算参数,与,试验测量数据,统计在表,-3,中。,第8页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,9,3,2,6,7,4,1,5,U1,UA741,1,5,%,R,p,B,10k,C1,0.1u,C2,0.1u,-12v,12v,3,2,6,7,4,1,5,U2,UA741,12v,-12v,3,2,6,7,4,1,5,U3,UA741,C3,0.1u,uo1,12V,-12V,8,0,%,R,p,1,10k,A,B,C,D,100%,R,p,4,15k,uo2,uo3,5,0,%,R,p,3,10k,R1,1k,R3,10k,R4,2k,R5,470,R6,150k,R2,3k,D1,1N4001,D2,1N4001,D3,1N5235B,D4,1N5235B,R1,10k,SW1,SW-SPDT,6.2,正弦波,/,方波,/,三角波变换电路,采取,RC,振荡器,产生,正弦波,频率,:,fo=1,/2,C(R1RP1),0.5,经过,比较器,变换同频率,方波,，,再,经过,积分器,变换同频率,三角波,。,参考图,-4 RC,振荡函数信号发生器,振荡器,正弦波,R,调频率,RPB,调,Au,起振限幅,频率,:150-1500hz,比较器,:,正弦波,/,方波,积分器,:,方波,/,三角波,uo,3,=,u,o2,T,/,(,4R,p,4,C,3,),调占空比,第9页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,10,7.,试验汇报要求：,7.1.,有较完善电路,设计方案,，有各,单元电路,工作原理及电路中关键元件作用叙述；,7.2.,有,波形产生,电路,频率,及,波形变换,电路输出,电压,理论计算；,7.3.,依据试验统计,原始数据,计算,试验结果,，并将,试验结果,与试验电路,理论计算值,对比；,7.4.,记述试验过程中出现故障，分析故障产生原因及消除方法。,第10页,2025/5/8 周四,长江大学 龙从玉,11,3,2,6,7,4,1,5,U1,UA741,3,2,6,7,4,1,5,U2,UA741,12V,-12V,12V,-12V,R2,20k,R1,10k,uo1,SW1,uo2,A,B,C,D,C3,100u,C4,100u,C2,10u,C1,1u,R7,15k,R8,15k,R5,6.8k,12V,R6,100,R9,3k,R10,3k,-12v,R11,6.8k,C5,100u,RP41,RP42,Q1,9013,Q2,9013,Q3,9013,Q4,9013,C6,0.1u,R3,2k,R8(2),R7(2),uo3,C4(-),D1,1N5235B,D2,1N5235B,D3,1N4001,D4,1N4001,9,9,%,RP1,47k,5,0,%,RP2,10k,8,%,RP3,100k,50%,RP4,100,8,6,%,RP5,10k,参考图,-5,函数信号发生器,龙,频率,fo,=R2/4R1C(Rp1+Rp2+RD),迟滞比较,输出,方波,积分,输出,三角波,占空比,差动,波形,变换,输出正弦波,恒流源,R,O,=R,C,uo2=uo1*R1/R2,第11页,