北京邮电大学
电子电路综合设计实验
实验报告
课题名称：函数信号发生器
院系：电子工程学院
摘要
本实验的目的在于使用集成运算放大器设计一个方波—三角波—正弦波发生器。

其中，由施密特触发器组成的多谐振荡器产生方波，再经积分运算电路产生三角波。

最后，经过差分放大器，利用晶体管的非线性特性将三角波变换为正弦波。

并要求波形达到一定的幅值、频率等要求。

关键词
函数信号发生器方波三角波正弦波集成运放
正文
一、设计任务要求
1基本要求
（1）信号输出频率在1~10kHz范围内连续可调，无明显失真。

（2）方波信号输出电压U opp=12V（误差≤20%），上升、下降沿小于10us，占空比范围为30%~70%。

（3）三角波信号输出电压U opp=8V（误差≤20%）。

（4）正弦波信号输出电压U opp≥1V
2提高要求
（1）将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可挑范围为30%‐70%；
（2）三种波形的输出峰峰值U opp均可在1V-10V 范围内连续可调。

3+
二、实验原理及设计过程
1总体思路
函数信号发生器的构成方法多样。

本实验来看，可以先产生方波，由方波积分得到三角波，在由三角波经过整形得到正弦波；也可以先产生正弦波，将正弦波进行整形得到方波，在通过积分器产生三角波。

在器件使用上，可以是分立元件电路，也可以采用集成电路。

根据提供的器材和资料，选择设计由集成运算放大器和晶体管放大器构成的方波—三角波—正弦波发生电路（如下图二）。

2原理结构框图
三、Multisim仿真过程及波形输出
1元器件选择
（1）方波—三角波发生电路
（最终电路见附录）
●芯片选择：对比uA741CP与LM318N的相关参数。

选择转换速度较快
的LM318N作为矩形波发生电路的芯片，uA741CP作为三角波发生电路的芯片。

●稳压管选择：根据方波U opp =12V，方波幅度限制在-(U Z+U D)~+(U Z+U D)，
故选择稳压值为U Z =6V的稳压管。

查阅资料，在Multisim中选择
1N4734A单稳压管，放置为稳压对管。

●电阻电容选择：
根据方波和三角波输出峰峰值的要求（12V、8V），R f和R1的取值应
满足R f：R1=3：2。

为使电路易起振，在这里取R f=30kΩ，R1=20kΩ。

根据直流平衡电阻的计算原理，得R3=（30||20）kΩ=12kΩ。

根据方波输出幅度选择限流电阻R o=2kΩ。

同时在三角波电路中，由公式R2C=αR f /4f R1 计算得R2=5kΩ，C=0.01
μF。

根据直流平衡电阻的计算方法，得R4=R2 =5kΩ。

为达到频率的可调范围，选择R p1=100kΩ的滑动变阻器。

●
（2）正弦波发生电路
●根据实验派发的实验器材，晶体管型号是S8050，查阅资料，在
Multisim12.0中选择替代元件：2N5551。

●电阻选择：
根据派发的器件，R p2可以调节正弦波幅度。

取Rp2=10kΩ。

由于电路组成是恒流源负载的差分放大器，故先计算电流源的静态工作点。

取I C3=1mA=I C4，得I R≈I C3=1mA，则由V CC-R*I R-V BE=V EE+I E4*R E4 ，
I C3 ≈I E4 ，取R=20kΩ，R E3=R E4=2kΩ。

如图，由晶体管的非线性放大特性知，电路的对称性越好，得到的正弦波波形才对称。

则，由电流源输出电流I=1mA,得I E1=I E2=1mA≈I C1=I C2，由于正弦波输出幅度需大于1V，所以取R C1=R C2=5.6kΩ。

为保证差分放大器静态工作点合适，取R B1=R B2=3.2KΩ,R E=100Ω，调节差分放大电路平衡的R P3不可过大，取值和RE保持一致，取R P3 =100Ω。

电容选择：电路中，C1，C2，C3为隔直电容，应选择大电容，取C1=C2=C3=33uF，C4为滤波电容，应选择较小的电容，取C4=0.1uF。

2仿真电路图（未接示波器）（最终电路见附录）
Rp2
3仿真结果
四、实际电路搭建及波形输出
1功能实现及故障排除过程
（1）电路搭建
按照电路设计图，一步一步谨慎地在面包板上搭建电路。

● 元器件取值变化：由于在电路实验材料箱中阻值和元器件有限，仿真中出现的一些阻值在材料箱中没有，所以先选取接近的阻值。

取值发生变化的元器件如下：（最终参数见附录）
● 关于双稳管2DW232：查阅了相关的资料，得知2DW232是：电压基准二极管。

参数：硅 、6.0-6.5V 、30mA 、
200mW 。

该双稳管中封装了一对稳压管，故接线时应从两稳压对管两端引线。

确定管脚可使用万用表的电阻/二极管测量功能进行测量确认。

也可通过查阅得到的资料确认管脚，（如图）本实验中应接1、3管脚。

搭建时要注意布线方式。

切忌将导线从芯片上方跨过，以及出现裸导线之间易接触易短路的情况。

同时注意整体布局，整齐美观。

如利用面包板上边沿和下边沿的两排作为公共地、公共正负电源端等，避免不必要的接线。

注意导线的颜色要直观、符合常识标准。

如正电源端用红色，负电源用绿色，公共地用黄色等。

（2） 电路检查
电路搭建完成后，在接通电源前，须仔细检查电路是否连接正确（尤其是芯片周围的管脚连接、8050晶体管的管脚连接，2DW233双稳管的连接等。

），避免因连接错误造成元器件损坏、无波形输出等。

（3）电路测试
接上直流稳压电源，±12V，开始测试电路。

将示波器探头置于方波输出端，调节示波器，至能观察到波形。

（若如何调节都没有波形，故障排除方法见（4）。

）
观察方波、三角波的幅值、频率是否符合设计要求。

由于可调频率范围只有1-4kHz，所以改变R f和R1的阻值。

经过探究：R f增大会造成方波频率的增大，R1增大会造成三角波峰峰值的增大。

如下表：
此时，方波和三角波的幅值已符合要求。

上升沿、下降沿比较陡直，符合要求。

（4）故障排除方法
搭好电路后，第一次测试往往是出不来波形的。

这次实验的调试过程比较长。

在不断地调试、更改中，总结出来了一些电路的调试和故障排除方法。

首先确定示波器连接有无问题（有无接公共地等），然后确定示波器的耦合模式、触发源、GND等设置。

确定信号源设置、输出无误。

检查电路，确定没有连接错误、元器件无取值错误。

布线上没有明显错误（如导线横跨芯片）。

调节顶调电位器。

用万用表直流电压档测量芯片需要加电源的管脚（4、7脚）的电位是否正确（±12V）。

更换芯片进行尝试。

用万用表确定重要元器件的好坏，如双稳管、晶体管、顶调电位器等。

用万用表确定电路中每根导线确实导通而没有断。

插在面包板连接孔上的两元器件确实连接上了。

重新搭建电路、重新已更好的方式布线。

2波形输出
（1）波形相关参数结果如下表：
完成情况：基本要求全部完成，提高要求未完成。

（2）波形照片（照片反色处理）：
五、总结
1实验收获
通过这次电子电路综合实验，我掌握了函数信号发生器的工作原理和机制，学会了使用集成运放和晶体管差放设计函数信号发生器的基本方法。

掌握了使用Multisim12.0进行电路仿真的方法，也锻炼了实际搭建电路和调节电路的能力，总结出了排除电路故障的基本方法。

更重要的是，在设计过程中，我增强了资料和信息搜集、筛选、整合的能力，更加锻炼了独立学习和应用新知识的能力，熟悉了这种研究问题的模式。

六、附件
1所用元器件及取值参数
2最终仿真图。