模拟电子技术课程设计信号发生器的设计.doc

模拟电子技术课程设计
一．课题名称：信号发生器的设计
二．内容摘要：
函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次实验旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。
三．设计内容及要求：
1、要求完成原理设计并通过软件仿真部分
（1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。
（2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。
（3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。
（4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围400Hz~5KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。
软件仿真部分元器件不限，只要元器件库中有即可，但需要注意合理选取。
2、上述（4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围400Hz~5KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。
硬件制作部分核心元器件：uA741、LM324、9013，电阻电容不限。
四．系统方案设计：
单个波形的产生：
正弦波：通过RC桥式电路自激振荡产生
方波：在迟滞比较器的基础上，增加一个RC组成的积分电路，将输出电压Rf、C反馈到比较器的反相端，并在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管，从而组成双向限幅方波发生电路。
三角波:对方波进行积分，由积分电路特性即可知三角波的产生，其电路包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器两部分组成。
波形转换电路：
比较器产生方波à积分器产生三角波à用差分放大电路实现正弦波，相应转换关系如下:
五．电路设计及原理分析：
正弦波产生电路:
工作原理:
图示为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R3、R4、R5及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。
电路的振荡频率
　　
起振的幅值条件


　　调整反馈电阻R5，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小Rf。
改变选频网络的参数C或 R，即可调节振荡频率。
矩形波产生电路：
工作原理：
在接通电源的瞬间，设输出电压偏向于正饱和值，即Vo=+Vz时，加到比较器同相端的电压为+FVz，而加于反相端的电压，由于电容器 C上的电压 Vc不能突变，只能由输出电压Vc 通过电阻Rf 按指数规律向 C充电来建立，充电电流为i+ 。显然，当加到反相端的电压 Vc略正于 +FVz时，输出电压便立即从正饱和值 (+Vz)迅速翻转到负饱和值(-Vz) ， 又通过 Rf对C 进行反向充电，充电电流为i- 。直到Vc 略负于-FVz 值时，输出状态在翻转回来。如此循环不已，形成一系列的方波输出。

电容器端电压随时间变化规律为：
改变正、反向充电时间常数的网络如下：
以该网络代替Rf两端电路，当Vo为正时，D1导通而D2截止，正向充电时间常数为R4C；当Vo为负时，D1截止而D2导通，反向充电时间常数为R5C。选取R4/R5的比值不同，就改变了占空比，设忽略了二极管的正向电阻，此时振荡周期为：
三角波产生电路：
工作原理：
设t=0时接通电源，有 Vo1=-Vz ，则 -Vz经R6 向C 充电，使输出电压按线性规律增长。当 Vo上升到门限电压Vt+ ，使Vp1 =Vn1=0时，比较器输出Vo1 由 -Vz上跳到+Vz ，同时门限电压下跳到Vt- 值。以后Vo1 = +Vz经 R6和D 、R5 两条支路向 C 反向充电，由于时间常数减小，Vo 迅速下降到负值。当 Vo下降到门限电压Vt- 使Vp1=Vn1=0时，比较器