模拟电子技术课程设计

1前言-信号发生器简介

信号发生器是指产生所需参数的的电测试信号的仪器。按信号波形可以分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。

信号发生器又称为信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛应用，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

信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。

主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。

2.函数发生器总方案及原理框图

2.1方案简介及选择

方案一：先产生正弦波，再由整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。

方案二：先产生方波，再将方波变成三角波，再将三角波通过差分放大器产生正弦波。

本次设计采用方案一：即是按照‘正弦波—方波—三角波’的顺序设计函数信号发生器，通过RC文氏桥振荡器产生正弦波，再通过由比较器构成的整形电路将正弦波变换成方波，最后通过积分器将方波变换成三角波。

关键词：振荡器，比较器，积分器

2.2 制作函数信号发生器的原理框图

图2-1-制作函数信号发生器的原理构造图

正弦波方波

振荡器比较器积分器三角波

3.函数信号发生器各组成部分的工作原理3.1正弦波发生电路的工作原理

图3-1—正弦波发生电路的原理图

其中文氏电桥RC串并联构成正反馈支路，决定电路的振荡频率f

0；R

f

和R

1

形成的是

负反馈支路，该反馈支路决定起振的幅值条件和振荡波形的失真程度。

而在实际电路中，往往在负反馈支路中加上两个反向并联的二极管D

1、D

2

（如图3-2所示

的实际电路中的D

1、D

2

）,利用并联的反向二极管的非线性特性来实现稳幅的作用。有时候

实际中会在并联的二极管两端再并联一个电阻来削弱二极管非线性的影响以改善波形的失真。

图3-2 正弦波发生电路的仿真电路图

正弦波发生电路的工作原理如下：

如图3-1所示原理构造图，正弦波电路由放大电路、正反馈网络和选频率网络组成。RC 串联臂阻抗为Z 1，RC 并联臂阻抗为Z 2，通常要满足R 1=R 2，C 1=C 2，

其频率特性分析如下：)/1(111jwC R Z +=，)1/()/1(22222C jwR R jwC R Z +== 反馈网络的反馈系数2

222)

(31)(sRC sRC sRC

Z Z Z s Fv ++=+=

因s=jw ，令w 0=1/RC ，则反馈系数为

)

(31

0w w w w j Fv -+=

幅频特性表达式为

2

002)(

31w

w w

w Fv -+=

当w=w 0=1/RC 时， 幅频响应有最大值

F vmax =1/3。

此时相频响应为

o 0=f ϕ。

这样RC 串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输出电压同相，即

πϕϕn f A 2=+，RC 反馈为正反馈，满足相位平衡，可能产生振荡。

调节RC 的参数时可实现频率谐振，在频率谐振过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。本次采用RC 正弦波振荡器，可产生7Hz 至16KHz 的低频信号，满足设计要求。

3.2正弦波—方波转换电路的工作原理

图3-1 正弦波-方波转换电路的构造原理图

正弦波-方波转换的仿真电路如下

图3-2 正弦波-方波转换的仿真电路图正弦波-方波转换的电路的工作原理如下：

R 1、D

1

、D

2

为输入保护电路，R

1

为限流电阻，防止Vi过大时损坏运算放大器；D

1

、D

2

为输入保护二极管，限制输入电压幅度；输出回路R

2为限流电阻，D

z

为双向稳压二极管，

完成输出电压双向限幅，使得输出电压幅度限制为±V

z

当V

i 为正弦波信号时，经比较器变换，输出V

o

为方波信号，如图4所示.

图3-3 输出方波的特性曲线

3.3方波—三角波转换电路的工作原理

图3-4 积分器

用作直流负反馈（如但是在实际电路中通常在积分电容的两端并连一个反馈电阻R

f

图3-5中的R

），目的是减小集成运算放大器输出端的直流漂移。

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图3-5 方波-三角波转换即积分器的仿真电路图

积分器的工作原理原理如下：

如图3-4所示，利用虚短和虚断两条法则求V o 和V i 的关系，有：

0==P N V V

dt

dv C dt V d C dt dv C

i C C -=-==)

0(0 有节点电流法可知

C R i i =

dt dv C R V i 0-=

等式经变形得到

⎰-=dt v RC v i 1

0，表明v 0与v i 为积分关系。

因此，若积分器输入为方波，其输出波形即为三角波。如图3-6所示

图3-6 方波-三角波转换器即积分器的输出输入波形