简易信号发生器的设计

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一、信号发生器的要求

要求实现方波、三角波、正弦波函数信号发生器； 选用通用运算放大器，运放的开环增益应在80dB以上。

1. 正弦波：正常起振，频率1KHz-10KHZ可调，计算元件参数，误差控制在15%以内；正弦波幅度1-6.5 V可调；
2. 方波：要求分别设计出频率可调（频率控制见正弦波要求），占空比可调电路（占空比调节范围自拟）；
3. 三角波：要求频率可调（频率控制见正弦波要求）
4. Multisim等仿真软件进行仿真或进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

二、正弦波发生电路

• 电路选择：使用Wein桥（RC）振荡器电路，该电路利用运算放大器和RC网络实现正弦波振荡。
• 电路组成：运算放大器，选频网络以及同向比例运算电路，保证振荡稳定。
  
  其中被黄色圈圈起来的部分是正弦发生器的选频网络，蓝色圈起来的部分是同相比例放大电路。

1、产生信号的原理

• 选频网络
  在通电瞬间电路中产生的信号幅值都不一样，必定存在一个频率的信号能够被选频网络给选中，因为选频网络能够通过让且只能让某一特定频率的信号通过，所以当我们想调节正弦波的频率的时候，只需要调节选频网络。
  频率调节的公式：
  $$f_0=\frac{1}{2\pi RC}$$
  可见只需要调节电阻或者电容的大小就可以改变输出信号的频率，上面的图中，在电阻那块加了滑动变阻器是为了方便更改电阻。
• 同相比例运算器
  $${\dot{A}}_u=1+\frac{R_5}{R_7}\ge 3$$
  这一段是电路中的负反馈环节，图中的 $R_5$和$R_7$对应图中的蓝色圈起来的两个电阻，根据电路起振的原理，负反馈的放大倍数要大于3，之所以要大于3是因为上面的选频网络的放大倍数只有$1/3$,而且这个$1/3$是定死的，懂？不会因为你的电阻和电容的大小的改变而改变。当负反馈的放大倍数大于3时，即$R_5$和$R_7$的比值要大于2时信号才会起振。图中因为我加了二极管，考虑到二极管中的电阻，这时是$R_5$的阻值和二极管中的电阻之和是$R_7$的两倍就可以起振。

2、正弦波信号结果图

三、方波发生电路

• 电路选择：使用滞回比较器产生方波信号，当然也可以选择在正弦波后面接一个比较器。
• 电路组成：滞回比较器，稳压管。
  
  一个简单的滞回比较器是这样的，电压从运放的反相输入端进去后，输出从正向端进行反馈，从而减小运放两端的电压从正变负或者从负变正，达到一个迟滞的作用，这里的迟滞是对电压的迟滞，具体可以翻翻模电书。

1、产生信号的原理

这个电路因为左边接的有电容，起到一个充电的作用，当电压输出时，有一部分进入到电容中被存起来，等到电压反向时，电容就开始放电…(具体的翻翻模电书吧)
但是上面那个电路并不满足我们实验的要求，因为占空比不可调，占空比就是方波在一个周期中高电平所占的比例，修改的电路如下：

通过调节$R_w$的大小可以调节占空比，$R_w$为50%时，占空比为1/2。

2、方波信号结果图

忘说了，调节图中$R_3$的电路就可以调节方波信号的频率。

三、三角波发生电路

• 电路选择：在方波信号发生器的基础上加上一个积分器
• 电路组成，滞回比较器，积分器

1、产生信号的原理

积分器能够对方波信号积分，积分的结果即为三角波

积分器输出的电压公式如下：
$$V_{out}=-\frac{1}{RC}{\int }_{t_1}^{t_2}{V}_{in}dt$$
由于该信号来自于方波发生电路，所以该信号的频率可以有方波发生电路进行修改。

2、三角波信号结果图

切记！产生三角波时，方波回路的占空比要为1/2，不然会出现失真现象。

四、小结

以上电路图都较为简单，全来自于模电书，其中详细的原理我并没有讲，只是希望帮到有需要的同学，对详细原理感兴趣的同学可以翻翻模电书，上面讲的很详细。如文中有错，也欢迎大佬指出。