信号发生器实验报告(终).doc

南昌大学实验报告
学生姓名： 王晟尧 学号： 6102215054 专业班级： 通信152班
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。
二、设计要求
基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波Up-p≤24V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p>1V。
扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性 方波tr<30us（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。

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——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——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2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A1输出的方波经积分器A2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。

图2 方波和三角波产生电路

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Vm应接近晶体管的截止电压值。

图4 三角波→正弦波变换电路

图5 三角波→正弦波变换关系
在图4中，RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。C1、C2、C3为隔直电容，C4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Up-p。
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tr。
四、 电路仿真与分析
1. 电路图

参数计算
比较器A1与积分器A2的元件参数如下；
由得：=，取。平衡电阻。
而根据输出频率的表达式可以推算出C2、C6、C7,R4以及R15。而当实现频率波段的转换，R4及R15的取值不变。取平衡电阻R5=10KΩ。
三角波—正弦波电路的参数选择原则是：隔直电容C1、C3、C4要取的比较大，因为输出频率很低，则取C1=C3=C4=470；滤波电容C5的取值一般视输出波形而定，若含高次谐波成分较多，则C6一般为几十皮法至0.1。R18=100Ω与R7=100Ω相并联，以减少差分放大器的线性区。

2. 三角波方波单元电路图

设计思路：依据输出三角波的峰—峰值就是比较器的门限宽度，即：，积分电路的输出地电压从上升到所需的时间是震荡周期的一半，即在时间内的变化量等于。同时可以得知，方波—三角波的频率为,并根据所需频率范围所需的各项设置要求，由此我们就可以算出元件大致参数。

3. 差分单元电路图

差分放大器采用BJT单端输入—单端输出差分放大器。由于方波的幅度接近电源电压，所以取电源电压。差分放大器的静态工作点可通过观察传输特性曲线、调整RP7及电阻R13来确定。

4. 具体要求波形及参数

要求输出电压：方波Up-p≤24V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p>1V。

方波
三角波
正弦波
22.6V
5.19V
8.72V

各频率调节范围表格：

频率
峰峰电压
失真
10~100Hz
18.6Hz
3.47V
5.707%

42.5Hz
8.26V
5.776%

100Hz
9.09V
1.968%
100~1KHz
115Hz
5.37V
5.128%

482Hz
5.6V
4.667%

955Hz
8.67V
6.115%
1K~10KHz
1.42KHz
2.13V
4.135%

以下为具体波形：
（1）、1kHz~10kHz：

（2） 、100Hz~1kHz：

（3） 、10Hz~100Hz：

五、 心得总结
通过这次课程设计，使我更加扎实掌握了有关电子技术方面的知识，他不仅给了我很多专业知识和专业技能上的提升，同时设计让我感触很深。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的知识和测试，熟悉了常用仪器、仪表，了解电路的连线方式以及如何提高电路的性能等等，掌握了电路参数的设计与思考。