开放性实验报告

开放性实验报告

题目：信号发生器的设计

学院：信息工程学院

专业班级：13计算机

学生姓名：杨凯旋

学号：134173544

1．方波、三角波、正弦波发生器设计

1.1 方案一：原理框图

图1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图

首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。

1.2方案二：原理框图

图2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图

RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，

需同时改变积分时

间常数的大小。

1.3信号发生器的选择方案

信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的信号发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，这次就不采用单片函数发生器模块8038。

方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，选择方案一。

2．各组成部分的工作原理

2.1方波发生电路的工作原理

图3 由555定时器组成的多谐振荡器

利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。

用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C2通过R3、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为

t pL= ( R3 +Rp) C2ln2 (3-1) 当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R3、Rp 向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为

t pH= (R1+R3+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R3+ Rp) C2(3-2) 当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其震荡频率为f=1/（t pL+t pH）=1.43/(R1+2R3+2Rp) C2(3-3)

图4 由555定时器组成的多谐振荡器工作波形

2.2方波--三角波转换电路的工作原理

图5 积分电路产生三角波

RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。

由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图5所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。

2.3三角波--正弦波转换电路的工作原理

图6 三角波产生正弦波原理图

原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。

2.4总电路图

图7 函数发生器总电路图

总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+R>>R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源指示灯。

2．5 PCB布线图

将DXP 2004制图软件中的PCB原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按钮，就将PCB原理图封装，布线到创建的PCB文件上，如图8所示的PCB布线图。

图8 PCB布线图

信号发生器分类及应用特点

信号发生器又称信号源或振荡器，是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。

1.信号发生器按其信号波形分为四大类：

①正弦信号发生器。

主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信

号发生器、频率合成式信号发生器等。

②函数（波形）信号发生器。

能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

③脉冲信号发生器。

能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。

④随机信号发生器。

通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。

噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；

用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。

2.信号发生器按正弦信号频段分类：

按频段分有：

①超低频信号发生器0.001Hz～1000Hz;

②低频信号发生器1Hz～1MHz;