多波形信号发生器

⑥解得R3=R4=-4R=52K，可用39K和13K串联。本实践项目滤波器的作用，将三角波滤波后得到正弦波。因三角波是周期性的非正弦波，但根据信号理论，任何周期性的非正弦波都可以认为是多种正弦波的组合，这些正弦波称为基波和谐波，可以用傅立叶级数求出，一只周期为T（频率为fo），幅度为Um，对称时间轴的三角波展开成傅立叶级数结果为从以上结果可以知道，除基波分量外，谐波分量有3fo，5fo，7fo，9fo，……，等等，但随着谐波次数的增加，幅值显著减小，因此我们可以设计一只截止频率比三角波频率稍为高一点的滤波器，这样，三角波通过滤波后就只有基波了，其它谐波都被滤波器滤掉了，输出的就是基波，也就是频率与三角波频率相同的正弦波了。滤波器的阶数越高，通过滤波的方法得到的正弦波就越标准，也就是失真度越小。整体电路解说：电路原理如图所示，运放U1A，U1B及电阻R1，R2，R3，R4，电容C1，二只发光二极管构成脉冲信号及三角波信号发生器，从点a和占b都可输出脉冲波，从U1B输出端输出三角波，脉冲波的频率与三角波的频率相同，都是由R1，R2，R4和C1决定的，其关系式在前面的讨论中已经给出了详细的结果。运放U2A构成电压跟随器，起隔离作用，运放U2B及电阻R5，R6，R7，R8，R9，R10构成低通滤波器，设计的截止频率为1200Hz。从图中可知，让脉冲波或者三角波信号加到低通滤波器后，这二种波中所包含的谐波成分都被滤掉，就只保留其基波，所以从滤波器输出的信号为正弦波信号。运放U3A和U3B构成的电路与运放U2A和U2B构成的电路完全相同，其作用也完全相同，采用二级滤波电路，只不过是让滤波效果更好。由运放U4A构成的电路就是正弦波信号发生器，在前面已经介绍，不再多讲。多波形信号发生器（实践制作测试部分）仔细研究电路原理图，电路中有三片集成块LM358，共有六只运算放大器，弄清楚它们各自的两只输入端（同相输入端的反相输入端）和一只输出端，并弄清楚它们各自的作用。一只运算放大器是用于比较器并同时产生脉冲波（注意到比较器的一端电位是固定的，另一端的电位是变化的，分析这一端的电位变化过程是理解本电路工作原理的关键所在）；一只运算放大器是用于积分电路并同时产生三角波（这部分电路的分析主要是电容器的充放电过程的分析以及随着电容器充放电过程的进行其电容器电压的变化和输出电压的变化）；电路中，三角波（包括脉冲波）的频率是由电容器C3和电阻器R4及与R4并联的电阻R7，R8，R9，R10共同决定的（保证幅度不变的前提下，若不考虑这只因素，改变R2，R1也是可以改变频率的），所以我们可以通过改变电容C1调节粗调电路的基准频率f1，通过改变拔码开关S的状态（也就改变了等效电阻R4的电阻值）细调电路频率。下面对频率进行定量的计算。基准频率（拔码开关全断开），根据式和本电路具体结构可得：计算细调步进频率（R4并电阻时，总电阻减小，从前面结论可知，频率升高，而且所并电阻阻值越小时，升高的频率频率就越多，可见，并上的电阻值最大时，升高的频率最低），现计算并上电阻60K时的频率：即：即：按照上面同样的讨论方法，可以得，并上电阻30K时，按照上面同样的讨论方法，可以得，并上电阻15K时，按照上面同样的讨论方法，可以得，并上电阻7.5K时，若开关状态N用0--15表示，0000代表0，0001代表1，，1111代表15，则信号频率为例：取C3=0.01uF时，f0=1136Hz，步进190Hz。取C3=0.1uF时，f0=114Hz，步进19Hz。取C3=0.022uF时，f0=516Hz，步进66Hz。取C3=0.033uF时，f0=344Hz，步进57Hz。二只运算放大器构成一级二阶低通滤波器（其中一只运算放大器用于隔离，此处未画出），其中R20，R21，C10，C11决定了电路的截止频率，我们可以保持电阻不变，而只改变电容的办法来改变电路的截止频率。其中R就是电阻R20，R21（二电阻相同）的电阻值，C就是电容C10，C11（二电容的容量相同）的电容值。实验时，根据三角波信号的频率决定低通滤波器的截止频率，再计算电容的容量。原理图上参数是对应C3=0.01uF时，拔码开关全断开时的状态所取的，此时截止频率为1220Hz。为什么这样取？能不能取截止频率为2000Hz，3000Hz，4000Hz？请实验者思考。一只运算放大器构成正弦波信号发生器，一只运算放大器构成正弦波信号的反相比例放大器。这只电路是课程中介绍比较详细的电路，所以其电路工作原理与理论计算在这里从略。将其讨论过程以及设计过程写入报告中。仔细研究印刷电路板，在本印刷电路板上将要装配的器件有：普通1/4W电阻器，瓷片电容器，发光二极管，运放集成块LM358，输入和输出接口等等。请仔细研究印刷电路上的图形或符号，确定各位置所装配的是何种元件。若是发光二极管，还要弄清板上的对应“+”极和“-”极，对于集成块LM358，要弄清楚各脚在印刷板上的相应位置。仔细研究元器件，各电阻器及其阻值，精度，功率，电阻阻值可从电阻上所标的色码直接读出，或者用万能表的欧姆档直接测量确定。各瓷片电容的电容量（标注在电容上）。各发光二极管及其”+””-“极。集成块LM358的脚编号1，2，3，4，5，6，7，8的确认。附：元器件表编号规格编号规格编号规格编号规格编号规格R122KR1218KR2339KC9103J3座R210KR1315KR2413KC10接口Rf接口R32KR1415KR2539KC11接口R接口R410KR1530KC1103D1LED电阻2MR57.5KR1630KC2103D2LEDR67.5KR177.5KC3接口D34148R762KR183KC4103D44148R830KR193KC5103S开关R915KR2013KC6103U1358R107.5KR2113KC7103U2358R1110KR2213KC8103U3358Rf接口是为了方便实验者更进一步调节基准频率而设计的，实验者可以在这只接口上插接电阻（这只电阻与R4是并联的），而调试基准频率。R接口是为了方便实验者调节正弦波信号幅度而设计的，实验者可以在这只接口上插接电阻（这只电阻与R16是并联的），而调试信号幅度。元器件汇总：贴片电阻22K1只，10K3只，2K1只，7.5K4只，62K1只，30K3只，15K3只，18K1只，3K2只，13K4只，39K2只直插电阻2M1只30K1只电容10311只。10uF2只发光二极管2只。二极管４１４８２只。四位拔码开关１只。LM358３片。接口4P。排针8P。3P接口１个，3P接线１根。IC座8P3个。认真焊接。按照印刷板上器件编号找到相应的元件，按以下顺序焊接：电阻，IC座，瓷片电容，发光二极管，接口。焊接过程中注意以下问题：１各发光二极管”+””-“极。２集成块LM358的脚1，2，3，4，5，6，7，8在印刷板上的对应位置。３J1要与前后续电路的输入输出电源接口方位相一致，因此要注意其方位。不要接错电源。仔细观察各焊接点，检查有无短路现象和虚焊现象。认真测量。在观察所焊接的电路板处于正常状态后，将12V和-12V电源接入到J1接口。认真观察：两只发光二极管是否正常发光。在不改变C3和R4的条件下，用示波器测量三角波信号的幅度和频率。滤波器分别接入脉冲波和三角波，测量二只滤波器的输出信号波形。测量正弦波幅度，改变R16(方法是在R接口上插上一个电阻)，测量正弦波信号幅度。在改变C1和R4的条件下，用示波器测量三角波信号的幅度和频率。测量三角波频率，改变R4(方法是改变拔码开关的状态)，测量信号频率。改变C3的办法是在C3接口上插上不同容量的电容器。设计表格并将实验测量值，理论值，对应的可调电阻，可调电容值记录在表格中。思考：若希望步进频率为基准频率的十分之一，则电阻R7，R8，R9，R10如何选取。贴片电阻的焊接：本实践项目中有多个贴片电阻需要焊接。1贴片电阻的识别本项目贴片电阻的封装全是0805。阻值的标注用的是数码法，如103就是在10后面加三个0，所以是10K电阻如222表示是22后面加二个0，所以是2200欧姆。外形如图所示。2贴片电阻的焊接在焊接前应对要焊的PCB进行检查，确保其干净。对其上面的表面油性的手印以及氧化物之类的要进行清除，从而不影响上锡。手工焊接PCB时，用手固定PCB板，值得注意的是避免手指接触PCB上的焊盘影响上锡。贴片元件的固定是非常重要的。根据贴片元件的管脚多少，其固定方法大体上可以分为两种——单脚固定法和多脚固定法。对于管脚数目少（一般为2-5个）的贴片元件如电阻、电容、二极管、三极管等，一般采用单脚固定法。即先在板上对其的一个焊盘上锡。然后左手拿镊子夹持元件放到安装位置并轻抵住电路板，右手拿烙铁靠近已镀锡焊盘熔化焊锡将该引脚焊好。焊好一个焊盘后元件已不会移动，此时镊子可以松开。焊接剩下的管脚