函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院廣播電視方向課程設(shè)計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名楊媛媛學(xué) 號(hào)2012101077所在學(xué)院通信工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)通信工程班 級(jí)2012級(jí)廣電班指導(dǎo)教師周永強(qiáng)成 績(jī)四川師范大學(xué)成都學(xué)院二一五年六月四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)學(xué)生:楊媛媛 指導(dǎo)教師:周永強(qiáng)內(nèi)容摘要:在現(xiàn)代電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā)生器。 種波形曲線(xiàn)均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路稱(chēng)為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，又名信號(hào)源或振蕩器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器與正弦波信號(hào)發(fā)生器相比具有體積小、功耗少、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn), 最主要的是函數(shù)

2、信號(hào)發(fā)生器的輸出波形較為靈活, 有三種波形（方波、三角波和正弦波）可供選擇，在生產(chǎn)實(shí)踐，電路實(shí)驗(yàn)，設(shè)備檢測(cè)和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。該函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生三種波形，方波，三角波，正弦波，具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能，其產(chǎn)生頻率信號(hào)范圍1HZ100kHZ，輸出信號(hào)幅值范圍010V，信號(hào)產(chǎn)生電路由比較器，積分器，差動(dòng)放大器構(gòu)成，頻率計(jì)部分由時(shí)基電路、計(jì)數(shù)顯示電路等構(gòu)成。幅值輸出部分由峰值檢測(cè)電路和芯片7107等構(gòu)成。關(guān)鍵詞:信號(hào)發(fā)生器 比較器 積分器 ADC芯片Design of function signal generatorAbstract: In all areas of mo

3、dern electronics, often requiring high accuracy and frequency of the signal generator can be easily adjusted. Waveforms curve can use trigonometric equation to represent. It can produce a variety of waveforms, such as triangular wave, sawtooth wave, square wave (including square), the circuit is cal

4、led a sine function signal generator, also known as the signal source or oscillator. Function signal generator with sine wave signal generator, compared with small size, less power consumption, and low price, the most important function of the output waveform signal generator is more flexible, there

5、 are three waveforms (square, triangle wave and sine ) to choose from, with a wide range of applications in production practice, circuit test, test equipment and technology fields.The function generator can produce three waveform, square wave, triangle wave, sine wave, with a digital display output

6、signal frequency and voltage amplitude function, which generates a frequency signal range of 1HZ 100kHZ, the output signal amplitude range of 0 10V, signal generating circuit consists of a comparator, an integrator, a differential amplifier, frequency meter part by the time base circuit, counting di

7、splay circuit and the like. Amplitude of the output section consists of a peak detector circuit and chip 7107 and so on.Keywords: signal generator comparator integrator ADC chip目 錄一 信號(hào)發(fā)生器41.1 信號(hào)發(fā)生器的簡(jiǎn)介41.2 工作原理41.3 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)51.4 信號(hào)器的應(yīng)用及作用71.4.1 應(yīng)用71.4.2 作用82 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器82.1 實(shí)現(xiàn)方法83 函數(shù)信號(hào)器的方案設(shè)計(jì)，并對(duì)其比較103.1 概述

8、103.2 方案一113.3 方案二113.4 方案比較與選擇114 各組成部分的工作原理114. 1 方波發(fā)生電路114.2 三角波發(fā)生電路134.3 正弦波發(fā)生電路154.4 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理174.5 方波正弦波轉(zhuǎn)換原理205 總原理圖及元器件清單215.1 總原理圖215.2 元器件清單226 結(jié)束語(yǔ)2321函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)一 信號(hào)發(fā)生器1.1 信號(hào)發(fā)生器的簡(jiǎn)介信號(hào)發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信號(hào)的設(shè)備。在測(cè)量各種電信系統(tǒng)或電信設(shè)備的振幅特性、頻率特性、傳輸特性及其它電參數(shù)時(shí)，以及測(cè)量元器件的特性與參數(shù)時(shí)，用作測(cè)試的信號(hào)源或激勵(lì)源。信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)信號(hào)源或

9、振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線(xiàn)均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱(chēng)為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。凡是產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的儀器，統(tǒng)稱(chēng)為信號(hào)源。也稱(chēng)為信號(hào)發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)。在測(cè)試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測(cè)定電路的一些電參量，如測(cè)量頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測(cè)量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源

10、。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。 信號(hào)源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、矩形脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類(lèi)。正弦信號(hào)是使用最廣泛的測(cè)試信號(hào)。這是因?yàn)楫a(chǎn)生正弦信號(hào)的方法比較簡(jiǎn)單，而且用正弦信號(hào)測(cè)量比較方便。正弦信號(hào)源又可以根據(jù)工作頻率范圍的不同劃分為若干種。 內(nèi)部帶有掃頻輸出功能(全頻段掃頻時(shí)間小于5秒)是指低頻信號(hào)發(fā)生器具有從低頻開(kāi)始到高頻(或反之)自動(dòng)變化的功能即100Hz20KHZ中間所有頻率的低到高或高到低的變化過(guò)程，而這一次過(guò)程的時(shí)間為5秒。帶有外部掃頻控制輸

11、入接口（控制信號(hào)為電壓0-5V，控制電流小于1mA）是指低頻信號(hào)發(fā)生器所輸出的頻率可以由外部進(jìn)行控制（有外部控制接口），外部控制頻率變化的電壓是0-5V，控制電流小于1mA。當(dāng)外部控制電壓在0-5V變化時(shí)，低頻信號(hào)發(fā)生器可以輸出可以在100HZ到20KHZ之間變化。1.2 工作原理信號(hào)發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生頻率為20Hz200kHz的正弦信號(hào)（低頻）。除具有電壓輸出外，有的還有功率輸出。所以用途十分廣泛，可用于測(cè)試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶，也可用作高頻信號(hào)發(fā)生器的外調(diào)制信號(hào)源。另外，在校準(zhǔn)電子電壓表時(shí)，它可提供交流信號(hào)電壓。低頻信號(hào)發(fā)生器的原理：系統(tǒng)包括主振級(jí)、主振

12、輸出調(diào)節(jié)電位器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器（輸出變壓器）和指示電壓表。主振級(jí)產(chǎn)生低頻正弦振蕩信號(hào)，經(jīng)電壓放大器放大，達(dá)到電壓輸出幅度的要求，經(jīng)輸出衰減器可直接輸出電壓，用主振輸出調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。1.3 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線(xiàn)性失真、增益及靈敏度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā)生器；按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器（即信號(hào)源）、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器（輸出功率能準(zhǔn)確地衰減到-100分貝毫瓦以下）和功率信號(hào)發(fā)生器（輸出功率達(dá)數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生

13、器、掃頻式信號(hào)發(fā)生器、程控式信號(hào)發(fā)生器和頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。低頻信號(hào)發(fā)生器包括音頻（20020000赫）和視頻（1赫10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。高頻信號(hào)發(fā)生器頻率為 100千赫30兆赫的高頻、30300兆赫的甚高頻信號(hào)發(fā)生器。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤(pán)刻度讀出。主要用途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。微波信號(hào)發(fā)生器從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻

14、三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來(lái)改變頻率，每臺(tái)可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡(jiǎn)易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再?gòu)暮箅S衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值；還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測(cè)試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器掃頻信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率在限定范圍內(nèi)作線(xiàn)性變化的信號(hào)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件（如變?nèi)莨芑虼判揪€(xiàn)圈）來(lái)實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩；在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波管螺旋線(xiàn)電

15、極的直流電壓來(lái)改變振蕩頻率，后來(lái)廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場(chǎng)改變小球的諧振頻率。掃頻信號(hào)發(fā)生器有自動(dòng)掃頻、手控、程控和遠(yuǎn)控等工作方式。頻率合成式信號(hào)發(fā)生器這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。輸出信號(hào)頻率通?？砂词M(jìn)位數(shù)字選擇，最高能達(dá)11位數(shù)字的極高分辨力。頻率除用手動(dòng)選擇外還可程控和遠(yuǎn)控，也可進(jìn)行步級(jí)式掃頻，適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路復(fù)

16、雜，最高輸出頻率只能達(dá)1000兆赫左右。用得較多的間接式頻率合成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過(guò)鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器（在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻），使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號(hào)。這種合成器的最高頻率可達(dá)26.5吉赫。高穩(wěn)定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調(diào)制功能（調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相），加上放大、穩(wěn)幅和衰減等電路，便構(gòu)成一種新型的高性能、可程控的合成式信號(hào)發(fā)生器，還可作為鎖相式掃頻發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器又稱(chēng)波形發(fā)生器。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還

17、廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。產(chǎn)生上述波形的方法之一，將積分電路與某種帶有回滯特性的閾值開(kāi)關(guān)電路（如施米特觸發(fā)器）相連成環(huán)路，積分器能將方波積分成三角波。施米特電路又能使三角波上升到某一閾值或下降到另一閾值時(shí)發(fā)生躍變而形成方波，頻率除能隨積分器中的RC值的變化而改變外，還能用外加電壓控制兩個(gè)閾值而改變。將三角波另行加到由很多不同偏置二極管組成的整形網(wǎng)絡(luò)，形成許多不同斜度的折線(xiàn)段，便可形成正弦波。另一種構(gòu)成方式是用頻率合成器產(chǎn)生正弦波，再對(duì)它多次放大、削波而形成方波，再將方波積分成三角波和正、負(fù)斜率的鋸齒波等。對(duì)這些函數(shù)發(fā)生器的頻率都可電控、程控、鎖定和掃頻，儀器除工作于連續(xù)波狀態(tài)外，還能按鍵控、門(mén)

18、控或觸發(fā)等方式工作。脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線(xiàn)性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號(hào)來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時(shí)級(jí)、脈沖形成級(jí)、輸出級(jí)和衰減器等組成。主控振蕩器通常為多諧振蕩器之類(lèi)的電路，除能自激振蕩外，主要按觸發(fā)方式工作。通常在外加觸發(fā)信號(hào)之后首先輸出一個(gè)前置觸發(fā)脈沖，以便提前觸發(fā)示波器等觀測(cè)儀器，然后再經(jīng)過(guò)一段可調(diào)節(jié)的延遲時(shí)間才輸出主信號(hào)脈沖，其寬度可以調(diào)節(jié)。有的能輸出成對(duì)的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩類(lèi)。噪聲信號(hào)發(fā)生

19、器完全隨機(jī)性信號(hào)是在工作頻帶內(nèi)具有均勻頻譜的白噪聲。常用的白噪聲發(fā)生器主要有：工作于1000兆赫以下同軸線(xiàn)系統(tǒng)的飽和二極管式白噪聲發(fā)生器；用于微波波導(dǎo)系統(tǒng)的氣體放電管式白噪聲發(fā)生器；利用晶體二極管反向電流中噪聲的固態(tài)噪聲源（可工作在18吉赫以下整個(gè)頻段內(nèi)）等。噪聲發(fā)生器輸出的強(qiáng)度必須已知，通常用其輸出噪聲功率超過(guò)電阻熱噪聲的分貝數(shù)（稱(chēng)為超噪比）或用其噪聲溫度來(lái)表示。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途是：在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)的性能；外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲相比較以測(cè)定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例如，用白噪聲作為輸入信

20、號(hào)而測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，便可得到這一網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)。偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器用白噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，則會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，這可用偽隨機(jī)信號(hào)來(lái)解決。當(dāng)二進(jìn)制編碼信號(hào)的脈沖寬度墹T足夠小，且一個(gè)碼周期所含墹T數(shù)N很大時(shí)，則在低于fa=1/墹T的頻帶內(nèi)信號(hào)頻譜的幅度均勻，稱(chēng)為偽隨機(jī)信號(hào)。只要所取的測(cè)量時(shí)間等于這種編碼信號(hào)周期的整數(shù)倍，便不會(huì)引入統(tǒng)計(jì)性誤差。二進(jìn)碼信號(hào)還能提供相關(guān)測(cè)量中所需的時(shí)間延遲。偽隨機(jī)編碼信號(hào)發(fā)生器由帶有反饋環(huán)路的n級(jí)移位寄存器組成，所產(chǎn)生的碼長(zhǎng)為N=2-1。1.4 信號(hào)器的應(yīng)用及作用1.4.1 應(yīng)用信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)信號(hào)源或振蕩器，在生

21、產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線(xiàn)均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱(chēng)為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。高頻、超高頻和微波信號(hào)發(fā)生器已形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器系列，不但實(shí)現(xiàn)了固態(tài)化，而且出現(xiàn)了合成信號(hào)發(fā)生器和程控信

22、號(hào)發(fā)生器等；在頻率的范圍、精度、穩(wěn)定度、分辨力以及輸出電平的范圍、精度、頻響、頻譜純度等性能方面，都在不斷地提高。帶有微處理器的合成高頻信號(hào)發(fā)生器，其頻率、輸出、調(diào)制等的控制已全部鍵盤(pán)化，并有6位數(shù)字顯示。1.4.2 作用信號(hào)發(fā)生器的作用信號(hào)調(diào)制功能:信號(hào)調(diào)制是指被調(diào)制信號(hào)中，幅度、相位或頻率變化把低頻信息嵌入到高頻的載波信號(hào)中，得到的信號(hào)可以傳送從語(yǔ)音、到數(shù)據(jù)、到視頻的任何信號(hào)。信號(hào)調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種，其中模擬調(diào)制，如幅度調(diào)制(AM)和頻率調(diào)制(FM)最常用于廣播通信中，而數(shù)字調(diào)制基于兩種狀態(tài)，允許信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)。2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2.1 實(shí)現(xiàn)方法（1）用分立元件組成的函數(shù)

23、發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試（2）可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專(zhuān)門(mén)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。（3）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。鑒于此，美國(guó)美信公司開(kāi)發(fā)了新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺點(diǎn)，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片望塵莫及的。MAX038頻率高、

24、精度好，因此它被稱(chēng)為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，MAX038都是優(yōu)選的器件。（4）利用專(zhuān)用直接數(shù)字合成DDS芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)儀器。按其信號(hào)波形分為四大類(lèi)：正弦信號(hào)發(fā)生器。主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線(xiàn)性失真、增益及靈敏度等。按其不同性能和用途還可細(xì)分為低頻（20赫至10兆赫）信號(hào)發(fā)生器、高頻（100千赫至300兆赫）信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器、頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方

25、波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)，頻率范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。脈沖信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線(xiàn)性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號(hào)來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器。通常又分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩類(lèi)。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途為：在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)性能；外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測(cè)定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量

26、時(shí)間不夠長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，可用偽隨機(jī)信號(hào)來(lái)解決。產(chǎn)生器信號(hào)發(fā)生器一般區(qū)分為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及任意波形發(fā)生器，而函數(shù)波形發(fā)生器在設(shè)計(jì)上又區(qū)分出模擬及數(shù)字合成式。眾所周知，數(shù)字合成式函數(shù)信號(hào)源無(wú)論就頻率、幅度乃至信號(hào)的信噪比（S/N）均優(yōu)于模擬，其鎖相環(huán)（ PLL）的設(shè)計(jì)讓輸出信號(hào)不僅是頻率精準(zhǔn)，而且相位抖動(dòng)(phase Jitter)及頻率漂移均能達(dá)到相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài)，但畢竟是數(shù)字式信號(hào)源，數(shù)字電路與模擬電路之間的干擾，始終難以有效克服，也造成在小信號(hào)的輸出上不如模擬式的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。這是通用模擬式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，是以三角波產(chǎn)生電路為基礎(chǔ)經(jīng)二極管所構(gòu)成的正弦波整型電路產(chǎn)生正弦波，同時(shí)經(jīng)由

27、比較器的比較產(chǎn)生方波。而在占空比調(diào)整上的設(shè)計(jì)有下列兩種思路：1、頻率（周期）不變，脈寬改變，其方法如下：改變電平的幅度，亦即改變方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度，即可達(dá)到改變脈寬而頻率不變的特性，但其最主要的缺點(diǎn)是占空比一般無(wú)法調(diào)到20%以下，導(dǎo)致在采樣電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)瞬時(shí)信號(hào)所采集出來(lái)的信號(hào)有所變動(dòng)，如果要將此信號(hào)用來(lái)作模數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換，那么得到的數(shù)字信號(hào)就發(fā)生變動(dòng)而無(wú)所適從。但不容否認(rèn)的在使用上比較好調(diào)。2、占空比變，頻率跟著改變，其方法如下：將方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度予以固定（正、負(fù)可利用電路予以切換），改變充放電斜率，即可達(dá)成。這種方式的設(shè)計(jì)一般使用者的反應(yīng)是“難調(diào)”，這是大缺點(diǎn)，但它

28、可以產(chǎn)生10%以下的占空比卻是在采樣時(shí)的必備條件。以上的兩種占空比調(diào)整電路設(shè)計(jì)思路，各有優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)然連帶的也影響到是否能產(chǎn)生“像樣的”鋸齒波。接下來(lái)PA（功率放大器）的設(shè)計(jì)。首先是利用運(yùn)算放大器（OP) ，再利用推拉式(push-pull)放大器（注意交越失真Cross-distortion的預(yù)防）將信號(hào)送到衰減網(wǎng)路，這部分牽涉到信號(hào)源輸出信號(hào)的指標(biāo)，包含信噪比、方波上升時(shí)間及信號(hào)源的頻率響應(yīng)，好的信號(hào)源當(dāng)然是正弦波信噪比高、方波上升時(shí)間快、三角波線(xiàn)性度要好、同時(shí)伏頻特性也要好，（也即頻率上升，信號(hào)不能衰減或不能減太大），這部分電路較為復(fù)雜，尤其在高頻時(shí)除利用電容作頻率補(bǔ)償外，也牽涉到PC板的

29、布線(xiàn)方式，一不小心，極易引起振蕩，想設(shè)計(jì)這部分電路，除原有的模擬理論基礎(chǔ)外尚需具備實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，“Try Error”的耐心是不可缺少的。PA信號(hào)出來(lái)后，經(jīng)過(guò)型的電阻式衰減網(wǎng)路，分別衰減10倍（20dB)或100倍（40dB),此時(shí)一部基本的函數(shù)波形發(fā)生器即已完成。（注意：選用型衰減網(wǎng)絡(luò)而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定）3 函數(shù)信號(hào)器的方案設(shè)計(jì)，并對(duì)其比較3.1 概述 通過(guò)集成運(yùn)放構(gòu)成遲滯比較器、積分器和低通濾波電路，依次分別輸出方波、三角波、正弦波。通過(guò)調(diào)節(jié)電壓源或滑動(dòng)變阻器，可改變波形的幅值和頻率。二、方案設(shè)計(jì)與論證函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波

30、形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取?.2 方案一采用分立器件實(shí)現(xiàn)電路組成，主要的部件有雙運(yùn)放uA741運(yùn)算放大器、電壓比較器、積分運(yùn)算電路、二階低通濾波電路、選擇開(kāi)關(guān)、電位器和一些電容、電阻組成。該方案由三級(jí)單元電路組成的，第一級(jí)單元可以產(chǎn)生方波，第二

31、級(jí)可以產(chǎn)生三角波，第三級(jí)可以產(chǎn)生正弦波。3.3 方案二采用集成電路實(shí)現(xiàn)，主要部件有高速運(yùn)算放大器LM318、單片函數(shù)發(fā)生器模塊5G8038、選擇開(kāi)關(guān)、電位器和一些電容、電阻組成。該方案通過(guò)調(diào)節(jié)不同電位器可調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器輸出振蕩頻率大小、占空比、正弦波信號(hào)的失真，可產(chǎn)生精度較高的方波、三角波、正弦波，且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。3.4 方案比較與選擇方案二采用芯片雖然精度較高，溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性比較好，而它們只能產(chǎn)生300kHz以下的中低頻正弦波、矩形波和三角波，且頻率與占空比不能單獨(dú)調(diào)節(jié)，從而給使用帶來(lái)很大不便，也無(wú)法滿(mǎn)足高頻精密信號(hào)源的要求。uA741是美國(guó)仙童公司較為早期的產(chǎn)品

32、,由于其性能完善,如差模電壓范圍和共模電壓范圍寬,增益高,不需外加補(bǔ)償,功耗低,負(fù)載能力強(qiáng),有輸出保護(hù)等,因此具有較廣泛的應(yīng)用。uA741這類(lèi)單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作，可以方便的輸出精度較高的方波、三角波、正弦波。綜上所述，本課題選用方案一.4 各組成部分的工作原理4. 1 方波發(fā)生電路從一般原理來(lái)分析,可以在滯回比較器電路的基礎(chǔ)上,靠正反饋和RC充放電回路組成矩形波發(fā)生電路,由于滯回比較器的輸出只有兩種可能的狀態(tài)，高電平或低電平，兩種不同的輸出電平式RC電路進(jìn)行充電和放電，于是電容上的電壓降升高或降低，而電容的電壓又作為滯回比較器的輸入電壓，控制其輸出端狀態(tài)發(fā)生跳變，

33、從而使RC電路由充電過(guò)程變成放電過(guò)程或相反，如此循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始，最后在滯回比較器的輸出端即可得到一個(gè)高低電平變化周期性交替的方波信號(hào)通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)調(diào)節(jié)頻率范圍。通過(guò)電壓源來(lái)控制幅值。方波發(fā)生電路仿真電路模型如圖所示：圖6.1-1 方波發(fā)生電路原理圖圖6.1-2 方波發(fā)生電路仿真模擬4.2 三角波發(fā)生電路在產(chǎn)生方波之后，利用此波形輸入到一個(gè)積分電路便可輸出一個(gè)三角波。由于三角波信號(hào)是電容的充放電過(guò)程形成的指數(shù)形式，所以線(xiàn)性度較差，為了能得到線(xiàn)性度較好的三角波，可以將運(yùn)放和幾個(gè)電阻，電容構(gòu)成積分電路。它的幅值可通過(guò)調(diào)節(jié)Rp1來(lái)調(diào)節(jié)，頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖6.2-1 三角波發(fā)生電

34、路原理圖圖6.2-2 三角波發(fā)生電路仿真模擬4.3 正弦波發(fā)生電路正弦波電路是由二階低通濾波構(gòu)成的，是由方波經(jīng)低通濾波電路濾掉高次諧波分量，剩下基波分量，即一個(gè)和方波頻率相同的正弦波，濾波電路中有同相比例放大器是因?yàn)榈屯V波之后波形幅值減小，需要一個(gè)放大電路來(lái)達(dá)到要求的幅值，這里可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)調(diào)節(jié)幅值和頻率。正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生的波形頻率為： 圖4.3-1 正弦波發(fā)生電路原理圖圖4.3-2 在Multisim 10.1中可得到圖所示的波形4.4 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器用雙運(yùn)放器741DIV圖4.4-1 三角波發(fā)生電路原理圖工作原理如下：（1）若

35、a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)算發(fā)大器A1（左）與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，運(yùn)放A2（右）與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1,則積分器的輸出電壓Uo2為 (6.3-1)當(dāng)時(shí)， (6.3-2)當(dāng)時(shí)， (6.3-3)（2）若a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為: (6.3-4)方波-三角波的頻率f為： (6.3-5)由此可見(jiàn)積分器在輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如下圖所示：圖4.4-2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路仿真模擬三角波的幅度為： (6.3-6)方波-三角波的頻率f為： (6.3-7)

36、由以上兩式可以得到以下結(jié)論：1. 電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C1改變頻率的范圍，Rp2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。2. 方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。3.參數(shù)的選擇幅度的選擇由于方波的幅值由電壓源決定，為了得到12V的電壓，輸入電壓為12V的雙電源，調(diào)節(jié)電壓可調(diào)節(jié)方波的幅值范圍。由于三角波的幅值與方波幅值的關(guān)系可知調(diào)節(jié)電壓源也可改變?nèi)遣ǖ姆秶?，同時(shí)電位器Rp1也可以實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)。頻率的選擇由頻率公式可知，頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器Rp1和Rp2來(lái)改變。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，得到20kHz的頻率比較困難，兩個(gè)電位器選擇了100k歐，R3為22k歐，R4為5.6k歐姆，R2選用了10k歐。理論上通過(guò)計(jì)算可得到5.5kHz,但是實(shí)際上只達(dá)到了近5k