信號發(fā)生器設(shè)計(附仿真)

南昌大學(xué)實(shí)驗報告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：實(shí)驗類型：□驗證□綜合□設(shè)計□創(chuàng)新實(shí)驗日期：實(shí)驗成績：信號發(fā)生器設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一信號發(fā)生器，能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波并進(jìn)行仿真。二、設(shè)計要求基本性能指標(biāo)：(1)頻率范圍100Hz~1kHz；(2)輸出電壓：方波Up-p≤24V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p>1V。擴(kuò)展性能指標(biāo)：頻率范圍分段設(shè)置10Hz~100Hz,100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波tr<30us（1kHz，最大輸出時），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。三、設(shè)計方案信號發(fā)生器設(shè)計方案有多種，圖1是先產(chǎn)生方波、三角波，再將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的組成框圖。圖1信號發(fā)生器組成框圖主要原理是：由遲滯比較器和積分器構(gòu)成方波——三角波產(chǎn)生電路，三角波在經(jīng)過差分放大器變換為正弦波。方波——三角波產(chǎn)生基本電路和差分放大器電路分別如圖2和圖4所示。圖2所示，是由滯回比較器和積分器首尾相接形成的正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，則比較器A1輸出的方波經(jīng)積分器A2積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三角波、方波發(fā)生器。其工作原理如圖3所示。方波上升時間=77us>30us；二、三角波-正弦波變換電路差分放大器的傳輸特性曲線，α約等于1；Vt=26mV；如果vid為三角波，設(shè)，則Rp1調(diào)節(jié)三角波幅度，Rp2調(diào)整電路的對稱性，并聯(lián)電阻Re2用來較小差分放大器的線性區(qū)。C1C2C3為隔直電容，作為耦合電容要取的較大，取470uF。C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善波形。C5、C6、C8C7一般為幾十皮法至0.1uF,以濾除輸出信號的高次諧波分量。R13的調(diào)整將影響差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)電流IO，取大小為mA，則輸出電流IoPP≈IO/2，大小也為mA，輸出電壓VoPP=IoPP×R'L大小可達(dá)到為V，則正弦波Up-p>1V。誤差分析1、方波輸出電壓Vpp≤2Vcc，由于運(yùn)放的輸出存在飽和壓降，使方波輸出幅度小于電源電壓；2、方波的上升時間Tr，主要受運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率的限制。如果輸出頻率較高，則可接入加速電容，一般為幾十皮法。3、產(chǎn)生失真原因及措施：A.鐘形失真。傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小R11；B.半波圓頂或平頂失真。傳輸特性曲線對稱性差，應(yīng)調(diào)整R13；C.非線性失真。由三角波的線性度較差引起，可在輸出端加濾波網(wǎng)絡(luò)改善波形。七、實(shí)驗總結(jié)參考書上內(nèi)容，分模塊進(jìn)行設(shè)計調(diào)試，再將各模塊搭建起來。雖然書上有公式，但實(shí)際設(shè)計起來并不是十分順利，而且理論計算與實(shí)際仿真也有差異。典型的就是頻率那里，無法拉到10kHz，當(dāng)頻率越高