信号发生器实验报告(终)

南昌大学实验报告

学生姓名：王晟尧学号：6102215054 专业班级：通信152班

实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：

信号发生器设计

一、设计任务

设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。

二、设计要求

基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p=6V，正弦波U p-p>1V。

扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。

三、设计方案

信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。

图1 信号发生器组成框图

主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。

图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。

图2 方波和三角波产生电路

图3 比较器传输特性和波形

利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V

应接近晶

m

体管的截止电压值。

图4 三角波→正弦波变换电路

图5 三角波→正弦波变换关系

在图4中，RP

1调节三角波的幅度，RP

2

调整电路的对称性，并联电阻R

E2

用

来减小差分放大器的线性区。C

1、C

2

、C

3

为隔直电容，C

4

为滤波电容，以滤除谐

波分量，改善输出波形。

波形发生器的性能指标：

①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。

②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。

③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p。

④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r～和r△；表征方波特性的参数是上升时间t r。

四、电路仿真与分析

1.电路图

参数计算

比较器A1与积分器A2的元件参数如下； 由

CC

T pp o V RP R R V V 1

32

22+=

∆=得：

CC

M

O V V R R R 21632

=+=

4

1，取

Ω=Ω=Ω=K R K R K R 50,5,21632。平衡电阻Ω≈+=K R R R R 8.1)//(13321。

而根据输出频率的表达式2

13224)(41

f R RP R C RP R ++=

可以推算出C2、C6、C7,R4

以及R15。而当实现频率波段的转换，R4及R15的取值不变。取平衡电阻R5=10K Ω。

三角波—正弦波电路的参数选择原则是：隔直电容C1、C3、C4要取的比较大，因为输出频率很低，则取C1=C3=C4=470F μ；滤波电容C5的取值一般视输出波形而定，若含高次谐波成分较多，则C6一般为几十皮法至0.1F μ。R18=100Ω与R7=100Ω相并联，以减少差分放大器的线性区。

2.三角波方波单元电路图

设计思路：依据输出三角波的峰—峰值就是比较器的门限宽度，即：

CC T pp o V RP R R V V 1

32

22+=

∆=，积分电路的输出地电压2O U 从-T V 上升到+T V 所需的时

间是震荡周期的一半，即在2/T 时间内的2O U 变化量等于PP O V 2。同时可以得知，方波—三角波的频率为2

13224)(41

f R RP R C RP R ++=

,并根据所需频率范围所需的各

项设置要求，由此我们就可以算出元件大致参数。

3.差分单元电路图

差分放大器采用BJT 单端输入—单端输出差分放大器。由于方波的幅度接近电源电压，所以取电源电压V V V EE 12,12V CC -=-+=+。差分放大器的静态工作点可通过观察传输特性曲线、调整RP7及电阻R13来确定。

4.具体要求波形及参数

要求输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p=6V，正弦波U p-p>1V。

各频率调节范围表格：

以下为具体波形：（1）、1kHz~10kHz：

（2）、100Hz~1kHz：

（3）、10Hz~100Hz：

五、心得总结

通过这次课程设计，使我更加扎实掌握了有关电子技术方面的知识，他不仅给了我很多专业知识和专业技能上的提升，同时设计让我感触很深。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的知识和测试，熟悉了常用仪器、仪表，了解电路的连线方式以及如何提高电路的性能等等，掌握了电路参数的设计与思考。