信号与系统_课程设计_信号发生器

信号和系统

课程设计报告

学院电气和电子工程学院

班级电气1004班

学号U201011871

姓名张丰伟

信号发生器的设计和实现

一.概述

信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的使用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

二.设计要求

自已设计电路系统，构成信号发生器，要求能产生三种以上的信号。（可以一种电路产生多种信号，也可以由不同电路产生不同信号）。利用Matlab或PSPICE或PROTEL或其他软件仿真。

三.相关原理

1.RC正弦波振荡电路

常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。

文氏电桥是利用电阻和电容作为回授的一种电桥型振荡器，工作频率可达约几MHz左右。将输出接至一电阻（R3）和电容（C1）串联之电抗（X S）串接一电阻（R4）和电容（C2）并联之电抗（X P），再将X P之电压回授至输入端，此方式称为韦恩桥式震荡器.。

回馈电路如下：

（图中为）和输入电压（图中为

积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。右图是一个典型的积分电路图。由图可以看出，输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上，但此时认为电容的初始电量为零，故此时给电容充电。由理想运算放大器的虚短虚断性质可推出，vn-vo=1/c∫ idt,所以vo=-1/（RC）∫ vdt.

如果把R1和C换个位置，就成了微分电路（但输入的电压应该是交流信号才可通过电容）。

四.电路设计

1.概述

电路低频部分，由ＲＣ文氏正弦产生电路产生749mHz－102kHz的正弦波，经比较器后转化成方波，方波经积分电路转化成三角波。输出端经可调放大电路调节幅值及可调电源调节电平输出可变频率，幅值，电平的正弦，矩形波，三角波。

电路中频部分，555定时器组成多谐振荡器，输出中频正方波及三角波，LC电容三点式电路输出中频正弦波。输出端经可调放大电路调节幅值及可调电源调节电平输出可变频率，幅值，电平的正弦，矩形波，三角波。

2. 低频正弦波，矩形波，三角波电路

将RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RC振荡电路，放大器件可采用集成运算放大器。

方案选择中，正弦波电路是最重要的部分，正弦波不仅是所需输出信号，而且是方波电路的输入信号。此部分电路我们采用的是典型的RC乔氏正弦波振荡电路如下图，其中R3、R4、R5及二极管D1、D2构成负反馈网络和稳幅环节。

二极管D1、D2为自动振幅元件，其作用是：当u0幅值很小时。二极管D1、D2相当于开路，此时有D1、D2和R组成的并联支路等效电阻较大，设R3、和R5、D1、D2并联支路的总等效电阻为Rf，则Rf也较大，所以Auf=（1+Rf/R4）>3,有利于起振;反之当u0幅值较大时，D1、D2导通，并联支路的等效电阻下降，Rf也下降，所以Auf 随之下降，如果此时Auf≈3，则u0幅值趋于稳定。另外，采用两只二极管反向并联，目的是使输出电压在正负两个半周期内轮流工作，使正半周和负半周振幅相等，这两只管子特性应相同。而RC串并联电路构成选频网络，同时兼作反馈环节，连接于集成运放的输出端和同向输入端之间构成正反馈，以产生正弦自激振荡。

根据振荡器的频率，计算RC乘积的值，有RC=1/(2*π*f0)

为了实现仿真，根据运算放大器的技术参数，并且结合经济性，运算放大器为LM324N。

已知给出f0=1Hz~100KHz，则RC=1.5915*10-5~1.5915*10-3，为了使选频网络的特性不受运算放大器输入电阻和输出电阻的影响，按Ri>>R>>R0的关系选择R的值，初选R=1kΩ，则C=10uF~0.75nF，我们采用五层波段开关，五支容值13333倍的电容，则C=10uF，1 uF，100 nF，10 nF，0.75nF。而R则取为20kΩ的可调电阻。因此，鉴于设计要求频率1Hz——100KHz跨度较大，我们采用五层波段开关两组五支电容和五支同轴电位器来调节。选用不同的电容作为振荡频率f0的粗调，用同轴电位器实现f0的微调。每一值电容和电位器组合都可以调节一段范围，交叉，故实现频率为连续可调。不同档位分别产生正弦波频率为0.749 Hz～15.7 Hz，7.49 Hz～157 Hz，74.9 Hz～1.56 kHz，747 kHz～11.3k Hz，6.57 kHz～87.5kHz，8.09 kHz～102kHz

方波产生电路，主要用由高速运放AD817AQ及可调电源组成的电压比较器。在实用电路中为了满足负载需要，常在集成运算的输出端加稳压管限幅电路。限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。

输出信号和输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理。取R10=1kΩ,C=100nF,1uF,10uF,100uF,1000uF,对应不同的频段的输入矩形波号，输出不同频段的三角波信号。

电路如图。

3.中频正弦波

采用LC 电容三点式正弦振荡电路，产生中频正弦信号。频率f = f 0 =

C2

C1C1C2

21 L

π，分别取固定电容，电感

91nF ，9.1uH ，15nF ，10uH ，6nF ，5uH ，1.2nF ，5uH ，150pF ，5uH ，通过调节可调电容，可分别产生频率