方波发生器电路的波形测试及故障分析

任务描述

本任务是要为某工厂实验室设计一个方波信号发生器，要求用集成运放作为主要器件，根据任务要求，已经选取材料，并且完成了焊接，下面需要对焊接电路进行测试，观察各点波形，确定焊接线路的质量。

任务目标

1.能对示波器进行基本操作，显示所需波形。

2.能正确对方波发生器电路进行测试，熟练掌握电路各点波形。

3.能根据波形得出方波发生器电路的故障点，并排除故障。

4.能按“7S”作业规程，在作业完毕后清理现场。

知识准备

材料准备：示波器、电烙铁、焊锡丝、松香、烙铁架、尖嘴钳、斜口钳、小镊子、方波发生器、万能板电路、方波发生器电路原理图。

资讯准备：方波发生器在各理工科实验中具有广泛的应用，同时在生活中的数字设备、家用电器、电子玩具等许多领域也有需求。方波信号是一种应用较为广泛的信号，它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常广泛。它通常作为标准值号，应用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的方波信号检测一些物理量。

此外，还需要掌握以下相关理论：

一、方波发生器电路各点波形及常见故障

方波发生器电路的测试点主要有A、B、C三个，如图3-26所示。

图3-26  方波发生器电路的测试点

1. A点在正常情况下的波形

图3-27  A点在正常情况下的波形

A点主要连接RC振荡电路，正常情况下，A点波形就是电容C充放电的过程，如图3-27所示。若A点波形有问题会导致后面所有电路不能工作，那A点可能存在电容短路、断路和电阻R4虚接、不可调等故障，从而导致波形异常，如图3-28、3-29所示。

图3-28  断路情况下A点波形

图3-29  电位器不可调情况下A点波形不变

2. B点在正常情况下的波形

图3-30  B点在正常情况下的波形

B点通过R1与输出点C相连，因此输出波形与B点波形一致，如图3-30所示，这是滞回比较器电路的重要连接处，如果R1、R2存在短路、断路故障，也会导致B点波形不正常，从而影响输出，如图3-31所示。

图3-31  B点在R3断路情况下的波形

如图3-32所示为电阻R3短路情况下的波形，通过波形图可以看出，缺少电阻R3后，B点直接接地，没有电压。

图3-32  B点在R3短路情况下的波形

3. C点在正常情况下的波形

图3-33  C点在正常情况下的波形

C点波形是经过集成运放组成的反相输入的滞回比较器和RC积分电路后，而形成的方波，如图3-33所示。如果滞回比较器和RC积分电路出现故障，都会导致电路不能正常工作，从而导致波形异常。也就是说A、B点的波形会影响C点波形。

任务实施

一、数字示波器的调试（图3-34）

图3-34  数字示波器的调试

二、方波发生器电路A、B、C点波形的测试（图3-35）

图3-35  测试点波形测试图

三、分析各点波形，完善故障分析表，得出是否存在故障（表3-3）

表3-3 故障分析表

任务评价

以小组为单位，选择演示文稿、展板、海报、录像等形式中的一种或几种，向全班展示汇报学习成果。

综合评价表

任务拓展

RC文氏桥振荡电路，如图所示，RC串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。

C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。

图3-36  RC文氏桥振荡电路

当C1=C2、R1=R2时

为满足振荡的幅度条件，加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。

RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。

任务检测

一、填空题

分析图3-35，完成下列问题：

1. A点主要连接RC振荡电路，正常情况下，A点波形就是（ ）的过程。若A点波形有问题会导致后面所有电路不能工作，那A点可能存在（ ）和（ ）等故障。

2. C点波形是经过集成运放组成的（ ）和（ ）电路后，而形成的方波。

二、简答题

1.简述方波发生器中可能存在的故障。

2.简述文氏桥振荡电路的组成。