簡易信號發(fā)生器設(shè)計制作

/簡易信號發(fā)生器設(shè)計制作一、訓(xùn)練目的 （1）駕馭正弦波、三角波、矩形波和方波發(fā)生電路的工作原理； （2）學(xué)會正弦波、三角波、矩形波和方波發(fā)生電路的設(shè)計方法； （3）進(jìn)一步熟悉電子線路的安裝、調(diào)試、測試方法。二、工作原理 正弦波、三角板、矩形波是電子電路中常用的測試信號，如測試放大器的增益、通頻帶等均要用到正弦信號作為測試信號。下面分別介紹產(chǎn)生這三種信號電路結(jié)構(gòu)和工作原理。 1．正弦信號發(fā)生器正弦信號的產(chǎn)生電路形式比較多，頻率較低時常用文氏電橋振蕩器，圖7-1為好用文氏電橋振蕩電路。圖中R1、R2、R3、RW2構(gòu)成負(fù)反饋支路，二極管D1、D2構(gòu)成穩(wěn)幅電路，C2、R11（或R12或R13）、C1、R21（或R22或R23）串并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，并兼作選頻網(wǎng)絡(luò)。調(diào)整電位器RW2可以變更負(fù)反饋的深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。二極管D1、D2要求溫度穩(wěn)定性好，特性匹配以確保輸出信號正負(fù)半周對稱，R4接入用以消退二極管的非線性影響，改善波形失真。如K1接電阻R11、K2接R21，并且R11=R21=R，C1=C2=C，則電路的振蕩頻率為：（7-1） 起振的幅值條件：（7-2）RfRf圖7-1正弦信號發(fā)生器 通過調(diào)整RW2可以變更電路放大倍數(shù)，能使電路起振并且失真最小。該電路可通過開關(guān)K1、K2選擇不同的電阻以得到不同頻率的信號輸出。 2．方波和矩形波發(fā)生器 方波發(fā)生電路如圖7-2，其基本原理是在滯回比較器的基礎(chǔ)上增加了由R4和C1構(gòu)成的積分電路，輸出電壓通過該積分電路送人到比較器的反相輸入端。其中R3、DZ1和DZ2構(gòu)成雙向限幅電路，這樣就構(gòu)成了方波發(fā)生器電路，其工作原理如下：假設(shè)在接通電源瞬間，輸出電壓為(穩(wěn)壓二極管DZ1、DZ2額定工作時的穩(wěn)壓值)，這時比較器同相端的輸入電壓為（7-3）同時輸出電壓會通過電阻R4給C1充電，反相端的輸入電壓就會逐步上升，當(dāng)反向輸入端的電壓略大于同相端輸入電壓時，比較器輸出電壓立刻從翻轉(zhuǎn)為，這時輸出端電壓為，比較器同相端輸入電壓為（7-4）這時輸出的電壓會通過R4對C1進(jìn)行反向充電，當(dāng)反相輸入端的電壓略低于時，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)回來，如此反復(fù)形成方波信號。所產(chǎn)生方波信號的頻率為（7-5）圖7-2方波發(fā)生電路圖7-3矩形波發(fā)生電路假如在積分電路中加入元件D1、D2和RW1，則電容C1正向、反向充電時間常數(shù)不同，這樣就變成了矩形波發(fā)生電路，如圖7-3。在該電路中通過變更電阻器RW中心抽頭的位置（即調(diào)整電阻器）就可以變更矩形波的占空比。矩形波發(fā)生器的振蕩頻率為（7-6）3．三角波發(fā)生電路 圖7-4是用一個比較器和一個積分器組成的方波和三角波波發(fā)生器。其中R1、R2、RP1和IC1A組成過零比較器，如比較器的輸入端為正弦信號或三角波信號則輸出為方波；R3、R4、C1、RP2和IC1B組成積分電路，假如積分電路的輸入端輸入方波信號，則積分器積分后就輸出三角波信號。在該電路中積分器的輸出正好和比較器的輸入端相連，這樣積分器輸出的三角波觸發(fā)比較器，比較器自動翻轉(zhuǎn)輸出方波，而比較器輸出的方波信號積分器積分后輸出三角波信號，這樣就構(gòu)成了三角波發(fā)生電路。圖7-4三角波發(fā)生電路4．三角波-正弦波變換電路我們選用差分放大器實現(xiàn)三角波-正弦波變換，電路如圖7-5，是利用差分對管的飽和和截止特征實現(xiàn)的。其中Q1、Q2構(gòu)成差分電路，Q3、Q4構(gòu)成恒流源。圖7-6（a）為差分電路的傳輸特性曲線，圖7-6（b）輸入的三角波信號，圖7-6（c）為輸出的正弦波信號。圖7-5三角波-正弦波變更電路從圖7-5可以看出，要實現(xiàn)三角波-正弦波轉(zhuǎn)換，輸入的三角波幅值應(yīng)能讓差分電路中的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)，假如幅度太小，差分電路僅工作在線性區(qū)，就無法實現(xiàn)三角波-正弦波轉(zhuǎn)換。在實際應(yīng)用電路中，為使輸出波形更接近于正弦波，要求傳輸特性曲線盡可能對稱，線性區(qū)盡可能窄。圖7-5的三角波-正弦波變換電路中，R11調(diào)整三角波的幅度，R16調(diào)整電路的對稱性。VVic1?Q/mV/mV0(a)(b)0/V(c)圖7-6三角波-正弦波變換原理三、設(shè)計任務(wù)1.設(shè)計任務(wù)利用運(yùn)算放大器或三極管設(shè)計具有三角波、方波和正弦波輸出的簡潔信號源，具體要求如下：（1）輸出三角波，頻率范圍：20HZ—20KHZ，輸出幅度-7V—+7V連續(xù)可調(diào)；（2）輸出和三角波同步的方波，頻率范圍：20HZ—20KHZ，輸出幅度-7V—+7V。（3）輸出和三角波同步的正弦波，頻率范圍：20HZ—20KHZ，輸出幅度約-7V—+7V。 2.設(shè)計過程 （1）依據(jù)設(shè)計任務(wù)，提出實現(xiàn)方案。 （2）依據(jù)設(shè)計方案，設(shè)計實現(xiàn)的原理圖，并計算各元件參數(shù)。 （3）在矩陣板上安裝焊接電路。 （4）依據(jù)焊接后，應(yīng)細(xì)致檢查，再接通電源進(jìn)行調(diào)試。 （5）自行設(shè)計試驗表格，記錄測試數(shù)據(jù)，并通過測試數(shù)據(jù)分析是否達(dá)到設(shè)計要求。四、相關(guān)器材 （1）示波器1臺； （2）直流穩(wěn)壓電壓1臺； （3）萬用表1只； （4）矩陣板（萬用板）1塊； （5）運(yùn)算放大器、比較器、三極管以及電阻電容若干。五、預(yù)備學(xué)問（1）復(fù)習(xí)有關(guān)利用集成運(yùn)算放大器實現(xiàn)正弦波、方波、三角波及鋸齒波發(fā)生器的原理。（2）復(fù)習(xí)差分放大電路的工作原理并分析其傳輸特性曲線。（3）分析三角波、方波及正弦波發(fā)生器的幅度及頻率需變更哪些元件參數(shù)，并熟悉其頻率計算方法。六、設(shè)計報告要求（1）畫出設(shè)計方案圖，并進(jìn)