信号发生器设计(附仿真)

信号发生器设计（附仿真）

学生姓名： ______ 学号：_专业班级： _________

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

基本性能指标： ⑴ 频率范围lOOHZkHz ;⑵ 输出电压：方波U P-P <24V,三角波

U P-P =6V,正弦波 U P-P >1V 0

扩展性能指标：频率范围分段设置 1OHz~1OOHz, 1OOHz~1kHz , 1kHz~10kHz ;波形

特性方波t r <3Ous （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。

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厂

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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一一三角波产生电路， 三角波在经过 差分放大器变换为正弦波。方波一一三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图 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 A i 输出的方波经积分器 A 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。

南昌大学实验报告

设计要求

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 m应接近晶体管的截止电压值。

图2方波和三角波产生电路

也曲L L—

\肮*1

图4三角波—正弦波变换电路

图5三角波f 正弦波变换关系

在图4中，RR 调节三角波的幅度，RP 调整电路的对称性，并联电阻电用来减小差 分放大器的线性区。G 、C 2、C 3为隔直电容，G 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 0

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 o

四、

电路仿真与分析 vu

基本能擋

标；::::：：.：：：：::;

100Hz-1kHz ：

(2)-^i 毗右J 爲? 4；哉 Up-p^S4V. ^SSiJp-p=6V 1 IT 弦液5>-p 胡g 「

TDta 口 Z.3 "%

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频率

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调三他技幅度

<--1k-10k <*- 100 **11( <—10—100

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方波和三角波产生电路: 三角波的幅度与 R2与（R3+RP1）的比值有关。频率取决于 R2与

（R3+RP1）的比

值和积分电路时间常数（R4+RP2）C2。

频率为 100-1k 时，方波 Vpp=22.4V<24V ;三角波 Vpp=6.02V ； 输出三角波的P-P 就是比较器的门限宽度：

R3

Vt V t V t

2* ------------ Vcc ，其中三角波

R4 R6

R1=R3//(R4+R6); 通过R2进行频率调节

lekTritoix

口

口

□口口五、 调试

p-p = 6V ;平衡电阻

S1接通时频率为1k-10k

帀

—k

4 428%

2966%

方波发生了部分失真 S3接通时频率为10-100

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方波上升时间=77us>30us ；

三角波-正弦波变换电路

Rp1调节三角波幅度， 较小差分放大器的线性区 较大，取470uF 。

C4为滤波电容，以滤除谐

波分量，改善波形。 C6 C8C7一般为几十皮法至0.1uF,以滤除输出信号的高次谐波分量 R13的调整将影响差分放

大器的静态工作点电流

10，取大小为mA 则

输出电流loPP ~ IO/2，大小也为 mA 输出电压VoPP=loPP< R'L 大小 可达到为V,则正弦波Up-p>1V 。

六、误差分析

1、 方波输出电压 Vpp < 2Vcc ，由于运放的输出存在饱和压降，使方波输出幅度小于电 源电压；

2、 方波的上升时间Tr ，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加 速电容，一般为几十皮法。

差分放大器的传输特性曲线

ic

ie

I

- -v/Vt

1 e

a 约等于 1; Vt=26mV

如果vid 为三角波，设vid

如(t

T 叫 t-3T/4)

T

T/4)

Io

，t T/2

，则 ic1 1 e

VtT

Io

4Vm (

-

， T /2 t T

-(t-T/4)

1 e VtT

Rp2调整电路的对称性，并联电阻Re2, C1C2C3^隔直电容，作为耦合电容要取 用来 的

C5

m

a