分类号
密级
中国地质大学（北京）
本 科 实习报 告
题
目
组合函数信号发生器
及波形巡回切换电路的设计与实现
学生姓名
学
号
学生姓名
学
号
院（系） 地球物理与信息技术学院 专
业
测控技术与仪器
二零一四 年
七月
中国地质大学（北京）2013年本科实习报告
摘 要
该次实习主要包括运用TL074运算放大电路组成信号发生器产生方波三角波转正弦波，锯齿波转换阶梯波，以及应用555和计数器74LS161组成时序电路实现以上四种波的巡回切换输出，同时对调幅波进行调幅输出。此次实习很好的让我们运用了本学期所所学的数电模电的知识，以及对于仿真软件的运用能力，是很好的锻炼机会。既可以加深集成运算放大器理论知识的理解，又可以提高动手能力和两个人的协同合作能力，让我们在加深了我们对自己专业的了解的同时更重要的是学会合作，如何合理的分配工作。
关键词： 仿真； 调制与解调； 集成运放； 自动切换； 焊接
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ABSTRACT
This practice mainly include use TL074 operation amplifier circuit of signal generator to generate square wave triangle wave sine wave, sawtooth wave transformation staircase, and application of 555 and the counter 74LS161 sequential circuits to realize the above four wave circuit switch output, at the same time to amplitude modulation amplitude modulation wave output.The practice good let us to use what they have learned in this semester the number of electric electrical knowledge, and the simulation software using ability, is good exercise.This task can deepen the understanding of integrated operational amplifier theory knowledge, and can improve the beginning ability and the cooperation ability of two people, let us in deepening our understanding of his profeional at the same time, more important is to learn to cooperate, how to reasonable distribution of work.
Key words:
Emulate; Modulation and demodulation; Op-amp integrated; Automatic
switchover; Soldering 2
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目 录
1 实习任务及要求.......................................4
1.1 实习任务...................................................4 1.2 技术指标...................................................4 1.3 工作流程...................................................4 1.4 设计提示...................................................4
2 设计的基本过程与方案.................................6
2.1方波-三角波产生电路.........................................6 2,2正弦波产生电路..............................................8 2.3锯齿波产生电路.............................................10 2.4阶梯波产生电路.............................................12 2.5调幅电路...................................................14 2.6准时序产生2s，3s的波形自动循环控制电路....................20 2.7电源转换电路...............................................22
3 实习日志.............................................23
4 实习体会与建议.......................................24 5 参考文献.............................................25 3
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1 实习任务及要求
１.1 实习任务：
完成组合函数信号发生器的硬件制作。其中组合波形包括：正弦波、锯齿波、方波、阶梯波、调幅波。并对上述的的四种波形进行巡回切换输出；对调幅波进行变频输出，分别在示波器上进行观测。
1.2 技术指标：
基本部分
1、正弦波、锯齿波、方波、阶梯波的频率均为1000 Hz，频率稳定度为100ppm。
2、输出信号的峰峰值为2V，幅度失稳度、波形失真度均小于1%。
3、在一个周期内，阶梯波的阶梯不小于3个。
4、每种波形的巡回切换时间间隔为2 S。
5、调幅波的包络线频率为200 Hz，载波频率为10000 Hz。
发挥部分
对调幅包络线进行变频循环输出，频点为100Hz，150Hz、200Hz，循环时间间隔为3S。
1.3 工作流程
1）调研、查找并收集资料； 2）画出原理框图；
3）单元电路设计与计算； 5）列元器件明细表； 6）电路焊接与调试； 7）撰写设计报告。
1.4 设计提示
电路主要由五个模块组成，包括DC-DC电路、信号产生电路、基准时序产生电路、波形自动循环控制电路、调幅电路。其原理框图如图1。
各模块功能如下：
1）DC-DC电路。实验室所能提供的供电电压为±12V，而数字电路工作电压为±5V。因而，可用7805和7905实现±5V的工作电压。若需使用±8V，可用7808和7908实现。
2）信号产生电路。主要分为：方波-三角波产生电路，低通滤波电路，锯齿波产生电路。可以由积分器和比较器同时产生三角波和方波，其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正负极性的电位交替地反馈至积分器而得到三角波。三角波经低通后可产生正弦波。锯齿波通过比较运算后可得到阶梯波。
3）调幅电路。采用10KHz载波信号进行AM调制，对调幅波的包络线进行变频循环输出，频点为100Hz，150Hz，200Hz。
4）基准时序产生电路。循环的时间基准由此电路实现。
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5）波形自动循环控制电路。要求方波、正弦波、锯齿波、阶梯波等均能够自动循环输出，且每种波形显示时间为2S；调幅波能够自动变幅循环输出，各调幅波显示时间为3S。
图1 组合函数信号发生器及波形巡回切换电路原理框图
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2 设计的基本过程与方案
2.1 方波-三角波产生电路
2.1.1 实验原理
如将滞回比较器和积分器首尾相接形成反馈的闭环系统，则比较器输出方波经积分器积分后可得到三角波，三角波又经触发器自动翻转形成方波，这样即构成了方波-三角波发生器。图中运用了TL074组成的运放积分电路。
方波-三角波产生电路可由积分器和比较器同时产生三角波和方波。
2.1.2 实验数据及计算
电路震荡频率：f=
R1
4R2(R5R6)C
1方波幅值：U’om=Uz
2.1.3 实验原理图
图2-1方波-三角波发生电路
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其中，R9控制方波的幅度，R8控制方波三角波的频率，R11控制三角波的幅度，实际可调。
2.1.4 方波三角波的电路仿真
图2-2仿真得到的方波-三角波发生图
2.1.5 故障问题及解决办法
①波形严重失真；
②幅度峰值大于2V且振荡频率大于1KHz。
解决办法：①稳压二极管忘记接地达不到稳压目的，接地后解决。②更换电阻阻值，用滑动变阻器替换固定电阻调整阻值。在输出端接上滑动变阻器控制幅度。
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2.2 正弦波产生电路
2.2.1 实验原理
将发生的三角波经过一个一阶低通滤波电路，如图2-3所示，则三角波经低通滤波后可产生正弦波。图中运用了TL074及电容和电阻共同构成了低通滤波器。
2.2.2 实验数据及计算
通带放大倍数Aup=1+R7特征频率fo=
R5
1 2RCAup2当f=fo时，Au=故通带截止频率fp=fo。
2.2.3 实验原理图
图2-3方波-三角波-正弦波发生电路
其中，R11控制正弦波的幅度，实际可调。
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2.2.4 方波-三角波-正弦波及正弦波单独的电路仿真
图2-4仿真得到的方波-三角波-正弦波发生图
图2-5仿真得到的正弦波发生图
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2.2.5 故障问题及解决办法
①不出现波形；
②幅度峰值大于2V且振荡频率大于1KHz。
解决办法：①低通滤波电路接错了输入口，从R1后方接出了，更改后正常。②更换电阻阻值，用滑动变阻器替换固定电阻调整阻值。在输出端接上滑动变阻器控制幅度。
2.3 锯齿波产生电路
2.3.1 实验原理
锯齿波产生电路可在方波发生器和积分器之间加上两个二极管以及滑动变阻器来实现，滑动变阻器可用来调节占空比。
积分电路正向积分的时间常数远大于反向积分的时间常数，或者反向积分的时间常数远大于正向积分的时间常数，那么输出电压上升和下降的斜率相差很多，就可以获得锯齿波。利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分通路不同，就可以得到锯齿波发生电路。
2.3.2 实验数据及计算
根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出上升时间和下降时间，分别为
2R8R2C1 T1=t1-t0R3R5T2=t2-t1 2R8(R2R3)C1
R3R4所以振荡周期： 2R8(2R2R3)C1T=
R3R4占空比：T1T=
R2
2R2R3
调整R1和R2的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整滑动变阻器滑动端的位置，可以改变占空比以及锯齿波上升和下降的斜率
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2.3.3 实验原理图：
图2-6锯齿波发生电路
2.3.4 锯齿波电路仿真
图2-7仿真得到的锯齿波发生图
2.3.5 故障问题及解决办法
①无波形产生；
②周期偏小，调节阻值发现幅度不随之发生改变；
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③锯齿波有失真，表现为占空比不合理，直线部分不是很陡。
解决办法：①检查电路连线，看是否有短路或断路；②改变R2及R7可以在不影响幅度的情况下改变其周期；③在输出端接电阻跟电容可调节失真。
2.4 阶梯波产生电路
2.4.1 实验原理
阶梯波产生电路可由比较及加法运算电路来实现。
设置三个单限比较器，设置三个比较电压，可使锯齿波斜率比较大的那条线上发生三次电压跳变，从而产生三个方波，再通过同相比例加法运算电路使它们叠加，从而产生阶梯波。
2.4.2 实验数据及计算
阶梯波的周期由输入的锯齿波周期决定：
2R8(2R2R3)C1T=
R3R4
2.4.3 实验原理图：
图2-8锯齿波发生电路
2.4.4 锯齿波-阶梯波及阶梯波单独的电路仿真
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图2-9仿真得到的锯齿波-阶梯波发生图
图2-10仿真得到的阶梯波发生图
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2.4.5 故障问题及解决办法
①只出现两个台阶； ②台阶长度不一且失真；
解决办法：①以地线为基准，测出锯齿波的幅度。切忌以锯齿波的最低点作为零点电压来计算阈值电压，至少确定四个阈值电压。 ②以锯齿波的幅度等分至少四段电压，以分段电压来确定电阻的比值。
2.5 调幅电路
2.5.1 实验原理
调幅电路主要由载波信号发生电路和调制信号产生电路两部分组成。载波信号是10KHz的正弦波信号，故可由RC桥式正弦波振荡电路产生；调制信号分别为100Hz、150Hz、200Hz的正弦波信号，故可由方波-三角波-正弦波电路产生。将产生的载波信号和调制信号通过乘法器运算便可得到振幅调制信号。
2.5.2 实验数据及计算
电路振荡频率f102πRC
起振的振幅条件：2Rf Ri调整反馈电阻Rw，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应加大滑变。如波形失真严重，则应适当减小滑变大小。
2.5.3 实验原理图
分别为载波信号发生电路以及可调的三频率调制信号产生电路，以及两者通过乘法器后得到的总电路。
①载波信号发生电路
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图2-11载波信号发生电路
②调制信号产生电路
图2-12调制信号产生电路
断连成组的开关可以分别切换成100Hz，150Hz，200Hz的调制信号产生电路。
③载波信号与调制信号经过乘法器的总电路
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图2-13载波信号与调制信号经过乘法器的总电路
③乘法器的电路
将产生的载波信号和调制信号通过乘法器运算便可得到振幅调制信号。 乘法器是由MC1496芯片及一些电容、电阻共同连接而成。
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图2-14 乘法器总电路
2.5.4 载波信号与调制信号电路仿真
①载波信号电路仿真
图2-15仿真得到的载波信号
②100Hz调制信号电路仿真
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图2-16仿真得到的200Hz调制信号
③150Hz调制信号电路仿真
图2-17仿真得到的400Hz调制信号
④200Hz调制信号电路仿真
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图2-18仿真得到的600Hz调制信号
⑤载波信号与调制信号经过乘法器的总电路仿真
图2-19仿真得到的载波信号与调制信号经过乘法器的结果
2.5.5 故障问题及解决办法
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①在调试过程中，发现由计算的理论值焊上电路板后，示波器上无法显示正弦波；
②出现顶部或者底部失真； ③波形不稳，抖动。
解决办法：①负反馈太强，此时应加大等效电阻，即反馈电阻的阻值。 ②波形严重失真，应适当减小反馈电阻。 ③利用万用表检查电源，确定电源是否稳定；检查电路，确定是否存在虚焊。
2.6 准时序产生2s，3s的波形自动循环控制电路
2.6.1 实验原理
利用NE555产生周期为7.8ms的脉冲电路，再利用两片74LS161将周期放大256倍，然后接入四进制计数器，其中QA、QB作为模拟开关CD4052 A、B的输入，555的输出端口与74161的CLK相连，同时Q0、Q1用7ALSOO与非门输出到LD’端口，将方波，正弦波，锯齿波和阶梯波分别接到模拟开关上，以达到四个波形周期为2s的自动循环效果。
3s循环电路原理类似，模拟开关直接接入调制电路中，使其3秒自动切换一种赫兹的电路显示。
2.6.2 实验原理图：
图2-20 2s电路波形自动循环控制电路
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图2-21 3s电路波形自动循环控制电路
2.6.3 波形自动循环控制电路仿真
由于软件时间问题，电路仿真将电路中的电容缩小了一千倍，便于观察仿真波形
图2-22仿真得到的2s电路输出脉冲图
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图2-23仿真得到的3s电路输出脉冲图
2.6.4 故障问题及解决办法
①波形不进行循环
解决办法：①5V的变压器与芯片焊接不牢没有通路。
2.7 电源转换电路
运用7805和7905将实验室的12v电压转化为数字电路中所用的5v电压
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三、实习日志
3.1 第一周：
6月27日（星期五） 老师布置实习任务要求，提示实习思路，规定实习要求 6月29日 （星期日） 分组并领取工具
6月30日（星期一） 查阅相关资料设计所需电路及仿真，设计出了方波-三角波转正弦波电路
7月1日（星期二） 设计锯齿波--阶梯波电路 7月2日（星期三）焊接方波-三角波-正弦波电路
7月3日（星期四） 设计仿真载波和调幅波电路历尽千辛万苦终于仿真出来了 7月4日（星期五） 焊接锯齿波和阶梯波
7月5日（星期六）——7月6日（星期日）焊接载波和调幅波
3.2 第二周：
7月7日（星期一）——7月9日（星期三）焊接2s，3s两个的时序电路 ,及检查上部分电路中出现的问题
7月10日（星期四）——7月11日（星期五）焊接100Hz，150Hz，200Hz三种 频率的调制电路
7月12日（星期六）检查时序电路中的问题 7月13日（星期日）焊接乘法器 写
3.3 第三周
7月14（星期一）——7月15日（星期二）检查线路问题，最终决定重新再来 7月16（星期三）——7月17日（星期四）加班加点重走以上的路线 7月18（星期五）检查整体电路 完善、实习报告的撰写
7月19（星期六）——7月20日（星期天）调幅波、载波部分的再次检测，以实现乘法器的作用
3.4 第四周
7月21（星期一）再次检查整体线路，完善更新实习报告
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4 实习体会与建议
4.1 实习体会
4.1.1
这次小学期实习让我学习到了很多，也明白了很多，理论就是理论如果不能作用到实际中那和空纸谈兵有什么区别，没有实际的用处。而这次实习就是一次理论转化为实践的过程。
其实我们就做了仿真电路，画原理图在将其焊接在电路板上，并用示波器测试这三件，看似简单的事情做起来确实费不少力气的事情。这不仅需要心灵手巧，更需要的是信心和耐心。开始的时候总以为自己的动手能力很强，焊接电路基本是小意思，也没当回事。但当开始焊接工作之后才发现自己的动动手能力和思维根本跟不上，信心一天下来就不剩什么了就开始讨厌做这件事，每次焊接都带着情绪，这样反而越来越没效率，有时真的想就这样算了老师只要给个及格就行。不过自己还是挺过来了，这就是我这段时间的工作，如果不拿出点成果怎么对的起自己。最后还是硬着头皮完成了这个任务。
回想起这段时间自己真是没少受罪无论是身体上还是精神上的，每当焊接不出电路或是不出波形这一天都过的没什么意思。不过当调出波形之后，心情会特别激动。也许这正像老师所说的我正在享受焊电路板给我带来的乐趣。
实习的过程中不是所有的事情都是那么的顺心如意，焊电路板是件检查耐心与细心能力的事，一个不小心少焊一个或多焊一个电阻，一端没有接地，就可能造成意想不到的结果。所以焊电路板要静下心来仔细认真心无旁物的去做这件事。有次一个线路短路问题，就可以让我们变得寝食难安，检查不出错误又没有正确的结果出现。经过严密的深思的检查终于发现了问题的根源，原来输出段的排线孔和排线针之间虚焊了，看似简单的问题却很严重，所以以后在焊接时一定要注意虚焊的问题。还有在检测波形时我们总是喜欢用看似高大上的数字示波器，但是让我们没有想到的是调幅波在它上面不能直接显示。我们一味的要去寻找那几个包络线却忽视了最普通的问题。这也是一次实践教训吧！这只能说我们的经验还是很欠缺。希望在以后能够多多观察，多去看看别人怎么做，多多动手，更要勤动手。
总体来说，这真是一次有意义的实习，感谢老师的细心教导，感谢学姐学长的不厌其烦的指教，更要感谢队友的默默支持和鼓励。虽然被烙铁烫过，虽然有过几天都不想招惹任何人，虽然有时绞尽脑汁示波器上还是一条可测的直流电的结果，虽然看着别的同学一个个先自己而回家自己多少有点着急和焦虑，不过那都是回忆了现在我能想到的是自己调出了几条波，和搭档默契的合作，前一秒什么都没有后一秒全都出现在示波器上的惊喜与快乐，这即是一种锻炼也是一种成长。这么短的几天里好似经过了漫长的时间，一会高兴，一会又像跌入深谷心情郁闷至极。在焊电路板的时间里心情就跟北京的天气一样，没人知道下一秒等待你的是什么。估计也是恨到极点就喜欢了吧！虽然我们焊了很多次，虽然我们通宵达旦，自己累的都觉得只能靠潜意思在工作，但我觉得这是一次很值得的实践课！
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4.1.2 这次实习是第一次自设计电路，刚开始时，到网上搜到了许多电路，可都不符合要求，最终还是找到了往届的电路，本以为电路图，原理功能都已经找到了，只要按步骤来就会很容易的焊出要求的电路板，于是我找齐了器件，画好了原理图，就开始开工了，但由于没有焊电路板和布线的丰富经验，训练也不足，虽然自己很受打击的焊完第一块，但是最后什么结果都没有，查了一遍电路，也许是因为自己弄的原因也找不出毛病在哪，真的是非常痛苦非常折磨啊，于是干脆心一狠，这次和同组的胡同学一起焊，吸取了上次的教训，不能再闭门造车，这次要取百家之长，于是我先去实验室看了一下已经弄好的同学的电路板，看他们的布线和版面布局，然后又听了老师很多在第一块失败的电路板出现的问题。经过老师详解我知道了一般布线是在电路板正面只有布不下的时候才会在背面布线，而我上次就全在背面布线，到时整个电路线路十分混乱也不易于检查，于是这个决定在正面布线，然后我们俩画好了实物链路连接图，一切就绪，就差开始动工了！
由于第一次的失败，很受打击所以这次电线的连接和焊接就交给了比我细心的毛同学来完成，我则负责对电路的时时检查和改进意见，检查了一周时间终于完成了，可是我们开始检测，换了555计时器可以出现结果，于是确定毛病出现在555上，我们用万用表检查了555功能，果然是引脚电路有问题，于是我们进行了测试，将555插槽换下，重新介入新的插槽，终于这个问题解决了！
可当天下午我们的锯齿波忽然又失踪了，经过分析发现问题出在芯片TL074CN上，于是我们对电线连接做了全面检查，没有问题，我怀疑是芯片问题，于是拆下芯片一看，果然在将芯片插入底座是有一个芯片管脚悬空导致一直是高电平输出，于是重新插入，锯齿波又重新出现在银幕上了，真是心情愉悦啊。
焊接电路需要极大的耐心，一般人远达不到要求，焊接过程中我曾一次次的失去耐心，有的时候就在想踩坏电路板和早点回家之间徘徊。老师极致的想要我们做出波形，乘法器却总是不出来的样子，就这样我们急了，马上又重新焊了一个乘法器，可还是不出波形，这个时候真是感觉上天都与你作对，但是我和同学反而悄悄就不信这个邪，另找了块板子又重新焊接了调幅电路，焊接到一半，我忽然发现以前乘法器电路波形好像有点规律，于是换用模拟示波器检查信号输出，当我缓慢调整扫描频率和单位电压值时，惊奇的发现波形居然早就出来了，于是我欣喜若狂的和同学一起调好了电路减少失真，真是太令人兴奋了。
总结来说，焊接电路必须要避免虚焊和锡过多导致的短路，还要多多留心±，否则则全盘皆输，前功竟弃，实习是一个很好的机会，来磨练自己的意志，我将继续努力完成任务，克服更多的难关。
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4.2 建议
如果实习的时候可以给点提醒的话，我相信我们会做的更好！
如果可以将各个电路分开焊接会比焊接到一整块电路版上问题简单的多，也容易排查错误，对于我们的焊接工作也很有益处。
对于电路，芯片等了解不是很透彻，对于电路中出现的现象问题不能快速客观正确的提出指正，往往会走许多许多弯路才能找到，这是多么痛的领悟啊，希望老师多给点指导性的意见和建议，或有一些指导性的资料也是不错的嘛! 对于芯片的管理和使用要有一些规范或要求。
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5 参考文献
①《模拟电子技术基础（第三版）》高等教育出版社，编者：童诗白 ②《数字电子技术基础（第五版）》高等教育出版社，编者：阎石 ③《电路设计与仿真》清华大学出版社，编者：杨欣
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