低频信号发生器的设计与实现

第二周实习内容：低频信号发生器的设计与实现

一、设计任务：

设计一个低频信号发生器，可输出方波、矩形波、三角波、锯齿波、正弦波；频率1kHz~3 kHz ；幅度30mv~1v ；矩形波占空比可调；锯齿波上升、下降时间可调。

测试：

1、 最大不失真输出频率范围；

2、 最大不失真输出幅度范围（最大和最小）；

3、 方波、矩形波上升沿、下降沿时间；

4、 观察三角波线性度；

5、 教师演示测试失真度

6、 发挥：扩大频率范围、幅度动态范围。

二、方案选择

1、 RC 文氏电桥振荡器产生正弦波、经比较器产生方波和锯齿波、经积分器产生三角波和锯齿波。

优点：廉价，缺点：元器件多，振荡频率不易调整，故障率高

2、 用比较器和积分器形成矩形波、三角波，用三角波—正弦波转换器形成正弦波。

优点：廉价，缺点：元器件多，故障率高

3、 用石英晶体构成正弦波发生器，用比较器、积分器等产生其它波形。

优点：频率稳定度高。 缺点：频率不易调整

4、 用集成函数发生器专用芯片8038构成上述各种信号发生器

优点：故障率低，易调整。缺点：成本高

方案确定：虽然用8038成本高，但考虑集成电路是发展方向，故尽可能选用方案4。但部分同学采用方案2。

三、参数设计

1、 电路选择

由8038芯片原文说明书建议设计电路。

2、 工作原理

（1）R-S 触发器简介 S 称为置位输入端 R 称为复位输入端

Q 称为输出端

（2）工作原理: 给电，电容电压V C =0，R=1，S=0，Q=0，Pin9=0

Q=0使T 1截止，I A 给C 充电，V C ↑；当V A V B 时，R=0，

S=1，Q=1，Pin9提供出一个上升沿；

Q=1使T 1导通，T 2、T 3、T 4均导通，Ie 2=Ic 2=I B ,由于T 2、T 3、T 4基极相连、射极相连，∴Ic 3= Ic 4=I B ，Ie 1= Ic 1=2 I B ,电容C 由电流（2 I B －I A ）放电，V C ↓；当V A

如此周而复始。Pin9输出矩形波, V C 经缓冲器在Pin3输出三角波或锯齿波,再经三角波—正弦波转换器在Pin2输出正弦波。当Pin8接V R 时

波，则输出矩形波和锯齿，则出方波和三角波；，则输，则若设计B A B A A R B A B A B R B A

R A I I R R R V V I I R R R V V I R V V I ≠≠-===-=-=+++,, （3）、V +、V －设计：

由8038说明书，双电源时，V +、V －=±5v~±15v 。由我们已经设计的电源，当V +、V －=±10v 时电源效率较高，

纹波小，8038输出信号幅度较大。所以设计V +、V －=±10v

（4）、R A 、R B 选取： 由8038说明书，1μA

Ω=∴<<-<<-->>--<-<-<-<<-<<-<∴---------+-+K R V N o t e P R V R R V R R V R R V R R V V R m A R V V A A R A

R A A

R A A R A A

R A A

R A A

R 1.5v 10v 5,34.8038101010101010101010

1010101010101010116336363636取下说明书由

μ

(5)、C 选取 R A A R A

A B A A

B A A B A A

C A B C A C t C C B A C A B V V R R V V I I I I I I I C t t T I I C t t I C t V V t I C V I I I I I d I C V V V V V V V V -=-==-+=-+=+=-====-==∴

-===-=-++-+-+⎰21212211I I 21132023203203203112,,13

1B A 0

，

当输出方波时，）（锯齿波周期）

（，）（放电电流充电电流由之间变化，，在即），（放充放充τ

可以满足设计要求

可见，时当时当

取

）（）（）（振荡频率）

（F C KHz f V f V F C C

V C R V C R V V T f V V C R V V R C T R R R A R A R R A R A μμ022.0342.310221004.215v 50v 10)223(1022022.01004.210340103403134023209

595==⨯⨯⨯====⨯==⨯-=-=-==-=-=∴--+++ （6）、V R 电位器设计

按照要求，5v

如右图，消耗电流不大。

（7）、R L 设计

方波输出端是（OC ）集电极开路输出，有利于和

下一级电平匹配。太大，上升沿和下降沿变缓，

太小，正弦波失真变大。由说明书P.5，Note5,R L min=50k Ω故选100k Ω

（8）、输出衰减器：

为了不使R L 变小，选用100K Ω电位器。

为了下一级不影响本级，用741构成跟随器，实现隔离。

（9）、占空比调节电位器：选用5.1K ，接于4、5脚之间，中间接6脚