方波发生器

项目九　三角波、方波发生器

项目描述

在一些电子电路中往往需要三角波、锯齿波、方波、正弦波、阶梯波等信号，这些信号波形发生器根据性能要求的不同，可以由分立元件构成的电路产生，也可以由集成电路构成的电路来产生。既可以只产生一种波形，也可以产生多种波形。

项目目标

1．熟悉电路的基本功能原理，学会用集成运算放大器组成三角波与方波发生器

2．掌握三角波与方波发生器的调试与测量方法

3．能正确焊装、检测、调试电路

4．学会用示波器观察和测量电压、电流的波形

5．通过调试，使三角波、方波发生器功能正常

项目实施

任务一　了解产品的功能

采用电压比较器和积分器同时产生三角波和方波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。该电路的特点如下：

1．线性良好，稳定性好

2．频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变

3．三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形

任务二　简单原理分析

学一学　三角波、方波发生器电路的基本原理

本次波形发生器设计要求产生三角波和方波，矩形波发生电路是其他非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端时，输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有2种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分。因为产生振荡，就要求输出的2种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈。因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要由延迟环节来确定每种状态维持的时间。矩形发生器电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。

看一看　LM324的符号及应用

图2－9－1　LM324原理图

图2－9－2　LM324实物图

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、可做单电源使用、价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

读一读　三角波、方波发生器电路原理图

图2－9－3　三角波、方波发生器电路原理图

任务三　准确检测元器件

识一识　检测元器件

（1）LM324的好坏

器件做比较器使用，则允许同向输入端和反向输入端不等，

同向电压＞反向电压，则输出电压接近正的最大值；

同向电压＜反向电压，则输出电压接近0V或负的最大值；

如果检测到电压不符合这个规则，则说明器件已损坏。

任务四　读懂工艺要求

学一学　电路板的工艺要求

接好全部连线后，应对照电路图仔细复查一遍。检查晶体管或集成块的引脚是否插对，是否有漏线和错线，然后用万用表的R×10Ω挡检测电源与地线之间的电阻值，排除电源与地线之间的开路或短路现象。

1．集成电路的安装

为防止集成电路芯片受损，在插入和拔出芯片时要非常细心。插入时应使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引脚均对准插座板上的小孔，均匀用力按下；拔出时，必须用专用拔钳，夹住集成块两端，垂直向上拔起，或用小起子对撬，以免使其引脚因受力不匀而弯曲或断裂。

2．正确合理布线

（1）导线的选择。

一般应选用直径为0．5～0．8mm的单股导线，长度适中，两端绝缘皮剥去5～10mm，并剪成45°。

（2）正确合理布线。

在电子电路中，由于布线错误而引起的故障占有很大比例。为避免或减少故障，要求布线合理和准确。

①元器件和连线要排列整齐，一般按电路顺序直线排列，输入与输出线要远离。在高频电路中，导线不要平行，以防止寄生耦合引起电路自激。元器件插脚和连线要尽量短而直，以防止分布参数影响电路性能。

②布线时要注意在器件周围走线，不允许导线在集成块上方跨过，以免妨碍排除故障或调换器件。

③为使布线整洁和便于检查，电路中不同功能的导线应尽量采用不同的颜色，如电源线用红色，接地线用黑色，等等。

④布线的顺序是先布电源线和地线，再布固定使用的规划线（如固定接地线或接高电平连线或接时钟脉冲的连线等），最后再逐级连接控制线及各种逻辑线。必要时可以边接线边测试，逐级进行。走线应尽可能少遮盖其他插孔，以免影响其他导线的插入。

任务五　整机装配与调试检测

试一试　整机装配与调试

（1）通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关闭电源，待排除故障后再通电。

（2）静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。

（3）动态调试：动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输入端加入合适的信号，按信号的流向，顺序检测各测试点的输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。测试过程中不能凭感觉和印象，要始终借助仪器观察。使用示波器时，最好把示波器的信号输入方式置于DC挡，通过直流耦合方式，可同时观察被测信号的交、直流成分。

通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标（如信号的幅值、波形形状、相位关系、增益、输入阻抗和输出阻抗等）是否满足设计要求。必要时再进一步对电路参数提出合理的修正。

本项目电路用一块集成电路芯片中的2个运放组成正反馈闭环电路，将同时产生方波和三角波。安装完毕后，经检查无误则可接上电源进行调试。在接上电源前应先把电源的输出电压调整到波形发生器要求的电压值，本项目电路的电源电压应为±12V。

通电后，用示波器观察电路的方波和三角波的波形，方波Vo1输出波形如图2－9－4所示，三角波Vo2输出波形如图2－9－5所示。如果没有波形可以调节RP1、RP2的大小使电路振荡（也可以在调试前按照设计参考值把电位器调整到相应的值，注意在电路中直接用万用表测电阻值会测不准，如何测量请考虑）。电路起振后用示波器观察波形，同时，用示波器测试方波、三角波的幅值、周期，并计算出频率。分别调整RP1、RP2的值，观察波形的变化，测量幅值、周期，计算频率，做好记录。把方波、三角波调整到本项目要求的技术指标。

图2－9－4　方波Vo1输出波形

图2－9－5　三角波Vo2输出波形

经过多次调试后，会出现完整的波形如图2－9－6所示。经过分析知道，方波的波形开始时有少量失真，随着电路的逐渐稳定，失真基本上完全消除。由于所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致，故所有产生的波形的频率都可以有所保证。此电路设计，符合设计要求。

图2－9－6　方波、三角波发生器的输出波形

任务六　掌握故障排除方法

修一修　电路板的故障

1．认真仔细复查

接好全部连线后，应对照电路图仔细复查一遍。

检查晶体管或集成块的引脚是否插对，是否有漏线和错线，然后用万用表的R×10Ω挡检测电源与地线之间的电阻值，排除电源与地线之间的开路或短路现象。

2．通电检查

（1）直接观察：上述检查无误后给电路通电，然后用手触摸元器件，检查有无异常发热现象、有无异味等。

（2）测量参数：用万用表测量电路的电源Ucc和地两脚之间的电压，测量晶体管的工作点是否符合要求等。

（3）采用动态逐级跟踪法：在电路输入端加入一个有规律的信号，按信号流程用示波器依次检查各级波形，看是否有故障直至找到为止。对于脉冲数字电路，还可用发光二极管来逐级显示其输入、输出脉冲信号。

（4）采用替换法：不改变电路的接线，通过更换一些元器件来发现故障。

（5）消除电路存在的不良影响：注意消除TTL电路存在电源电流尖峰的影响，防止集成电路产生误触发（可加滤波电容）等。

（6）电路工作频率较高时，应采取如下措施：

①减小电源内阻，扩大地线面积或采用接地板，使电源线与地线夹在相邻的输入线和输出线之间，起屏蔽作用；

②各输入、输出线，交、直流引线不能混杂，并尽量使输入、输出线远离时钟脉冲线；

③缩短引线长度。

（7）调试大型综合电子电路，可按功能将其划分为几个独立的子单元，逐一布线进行调试，然后将各单元连接起来统调，这样成功的把握性更大。

拓展训练

（1）简述由集成运算放大器构成一个方波、三角波发生器的工作原理。

（2）简述方波、三角波发生器电路的调试步骤与方法。