信号发生器设计附仿真.pdf

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1、南 昌 大 学 实 验 报 告学生姓名：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：信号发生器设计信号发生器设计一、设计任务一、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、设计要求二、设计要求基本性能指标：1 频率范围 100Hz1kHz；2 输出电压：方波Up-p24V,三角波Up-p=6V,正弦波Up-p1V;扩展性能指标：频率范围分段设置 10Hz100Hz,100Hz1kHz,1kHz10kHz；波形特性 方波tr30us1kHz,最大输出时,三角波r2%,正弦波r5%;三、设计方案三、设计方案信号发生器设计方案有多种,图 1 是先产生方波、

2、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

3、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：输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波;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;输出电压：一般指输出波形的峰-峰值Up-p;波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性

4、失真系数r和r；表征方波特性的参数是上升时间tr;四、电路仿真与分析四、电路仿真与分析五、调试五、调试一、方波和三角波产生电路：一、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+RP2C2;频率为 100-1k 时,方波 Vpp=22.4V30us；二、三角波二、三角波-正弦波变换电路正弦波变换电路ic ie I1e-v/Vt,约等于 1；Vt=26mV；差分放大器的传输特性曲线Io，0 t T/24Vm-4Vm（t T/4）（t-T/4）1eVtT T如果 vid 为三角波,设vid,则ic1Io

5、-4Vm（t-3T/4），T/2 t T4Vm（t-T/4）T1eVtT Rp1 调节三角波幅度,Rp2 调整电路的对称性,并联电阻 Re2 用来较小差分放大器的线性区;C1C2C3 为隔直电容,作为耦合电容要取的较大,取 470uF;C4 为滤波电容,以滤除谐波分量,改善波形;C5、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 IO,取大小为 mA,则输出 电流IoPPIO/2,大小也为mA,输出电压VoPP=IoPPRL大小可达到为V,则正弦波Up-p1V;六、误差分析六、误差分析1、方波输出电压 Vp

6、p2Vcc,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;3、产生失真原因及措施：A.钟形失真;传输特性曲线的线性区太宽,应减小 R11；B.半波圆顶或平顶失真;传输特性曲线对称性差,应调整 R13；C.非线性失真;由三角波的线性度较差引起,可在输出端加滤波网络改善波形;七、实验总结七、实验总结参考书上内容,分模块进行设计调试,再将各模块搭建起来;虽然书上有公式,但实际设计起来并不是十分顺利,而且理论计算与实际仿真也有差异;典型的就是频率那里,无法拉到 10kHz,当频率越高,失真线性越严重;通过本次实验,在加深各元件使用技能外,也理解了理论的不一定都是正确的,还需要实践来验证;八、仿真原件八、仿真原件