低频信号发生器设计报告

低频信号发生器设计报告

一.设计要求

（一）设计题目要求

1．分析电路的功能并设计电路的单元电路

2．查找图中相应元件的参数，找出国外对应元件的型号

3．用EWB或Multisim软件进行电路仿真，打印仿真原理图和仿真结果

4．用A3图纸绘出系统电路原理图

（二）其他要求

1．必须独立完成设计课题

2．合理选用元器件

3．要求有目录、参考资料、结语

4．论文页数不少于20页

二.设计的作用、目的

（一）设计的作用

低频信号发生器是电子测量中不可缺少的设备之一。完成一个低频信号发生器的设计，可以达到对模拟电路知识较全面的运用和掌握。

（二）设计的目的

电子电路设计及制作课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：

1．进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；

2．基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；3．熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

三.设计的具体实现

（一）系统概述

根据课题任务，所要设计的低频信号发生器由三大部分组成：

⑴正弦信号发生部分

⑵信号输出部分

⑶稳幅部分

其中由正弦信号发生部分的电路产生所需要的正弦信号，由输出电路将信号放大后进行输出，再由稳幅电路部分从输出的信号采样反馈回信号发生部分进行稳幅。

1.正弦信号发生部分可以有以下实现方案：

⑴以晶体管(晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。开关速度可以非常快）

为核心元件，加RC（文氏桥或移相式）或变压器反LC（馈式、电感三点式、电容三点式、晶振等）选频网络以及稳幅电路等构成的分立元件正弦波振荡电路。这种电路的优点是简单、廉价，但由于采用分立元件，稳定性较差，元件较多时调节也较麻烦。

⑵以集成运放为核心元件，加RC（文氏桥或移相式）或LC（变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、晶振等）选频网络以及稳幅电路等构成的正弦波振荡电路。这种电路的优点是更为简单，性价比较好，但频率精度和稳定性较差。

⑶以集成函数信号发生器为核心元件，加适当的外围元件构成正弦波产生电路。例如函数发生器ICL8038芯片加电阻、电容元件，在一定电压控制下，可以产生一定频率的方波、三角波和正弦波。这种电路的优点时调节方便，在所采用的外围元件稳定性好的情况下，可以得到较宽频率围的，且稳定性、失真度和现行度很好的正弦信号。

⑷利用锁相环（PLL）技术构成的高频率精度的频率合成器。其框图如下图所示。

这种电路主要是利用锁相，即使现象未同步技术来获得频率高稳定度，且频率可步进变化的振荡源。

现在已有集成锁相环电路芯片，例如CC4046，辅以参考频率源、分频器等外围电路后，即可构成频率合成器。

⑸直接数字合成（DDS）正弦信号源。下图为DDS的原理框图。

的离散样点的幅值数字量存于数字波形存储器（ROM 或RAM ）中，按一定的地址间隔（即相位增量）读出，再经D/A 转换成模拟正弦信号，低通滤波器用来滤去D/A 带来的小台阶以及其他杂波信号。改变地址间隔的步长，可改变输出正弦信号的频率。

DDS 的频率精度和稳定度由系统的时钟决定。

DDS 可合成产生任意波形的信号，只要把所需波形预先计算好并存于数字波形存储器中，DDS 就可以合成出方波、三角波及各种调制波形和任意形状的波形。

目前有专用的DDS 集成电路芯片，其时钟频率最高可达1GHz 以上，产生的正弦信号频率可达数百兆赫。

本课题对所产生的正弦信号的频率精度没有要求，再考虑模拟电路课程的基本容和课程设计的目的，选择⑴和⑵方案较为合适。因为课题要求的低频信号振荡频率一般在几十千赫以下，应选择RC 选频网络的正弦振荡电路（LC 选频网络适合于振荡频率在1MHz 以上的高频，RC 选频网络适合于几百千赫以下的低频）。

2．稳幅方案

常用的稳幅方法是根据震荡幅度的变化来改变负反馈的强弱 ，若振幅增大，负反馈系数

F=F

s s R R R 就自动变大，加强负反馈，限制振幅继续增长；反之，若振幅减小，负反馈系

数就自动变小，减弱负反馈，防止振幅继续下降，从而达到稳幅的目的。

因此，有三种稳幅方案可供选择：

⑴利用二极管的非线性特性完成自动

图1

利用二极管的非线性特性完成自动稳幅的电路，如图1所示，为了保证上、下振幅对称，在图的电路中，两支稳幅二极管1D 和2D 必须匹配，从提高温度稳定性来看，宜选用硅管。不难看出，在振荡过程中，1D 和2D 将交替导通和截止，并与3R 电阻并联，因此利用二极管的非线性正相导通电阻D r 的变化就能改变负反馈的强弱。当振幅增大时，D r 减小，负反馈加强，限制幅度继续

增大；反之，当振幅减小时，D r 增大，负反馈减弱，防止振荡继续下降，进而达到稳幅的目的。这种电路简单经济，但它的温度系数较小，输出波形失真较大，适合于要求不高的场所。

⑵采用热敏电阻作负反馈电阻F R 进行稳幅

图2

如图2所示，当输出电压o u 因外界条件增大时，流过F R 的电流增大，F R 温度升高，电阻变小，负反馈系数F=1+R

R F 变小，从而使输出幅度减小。反之，当o u 因外界条件减小时，流过F R 的电流减小，F R 温度降低，电阻变大，负反

馈系数F=1+R

R F 变大，从而使输出幅度增大，从而达到稳幅的目的。 用二敏电阻进行稳幅的优点是电路简单，失真度低；缺点是热敏电阻本身受环境温度影响，使输出幅度变化。

⑶用N 沟道结型场效应管组成的压敏电阻ds R 进行稳幅

图3

原理图如图3所示，运算放大器1A 接成负半波放大器，并与W 、4R 、1C 、T 等元件构成负反馈稳幅电路。当输出幅度减小，导致1A 的输入减小，输出负值的绝对值也减小，即场效应管栅极电位上升，引起其等效电阻下降，所以2A