信号与系统信号发生器的设计与实现.doc

信号与系统 课程设计报告 学院 电气与电子工程学院 班级 电气1004班 学号 U 姓名 张丰伟 信号发生器的设计与实现 一.概述 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 文氏电桥是利用电阻与电容作为回授的一种电桥型振荡器，工作频率可达约几MHz左右。将输出接至一电阻（）与电容（）串联之电抗（）串接一电阻（）与电容（）并联之电抗（），再将之电压回授至输入端，此方式称为韦恩桥式震荡器c1 XP = R3//JXc2 = 回电路如下： 利用巴克豪生准则，震荡时虚部为零，增益为1。 故虚部之 回路增益 若，则 增益必须为始可满足振荡之要求。。 2.ＬＣ振荡电路 三点式振荡电路是指三极管的三个极（对于交流信号）分别与LC谐振回路的三个端点直接相接的振荡电路。这种电路的一般结构如图Z0804所示。图中X表示组成谐振回路各元件的电抗。 ?????谐振回路是由电感和电容两种不同性质的电抗元件组感的，谐振时，其等效阻抗呈纯电阻性，因此总电抗必然为零，即X1?+X2?+?X3 = 0，而且，共射放大电路的输出电压 （图中为UC）与输入电压（图中为Ub）反相，即φA =π。为了满足振荡的相位平衡条件，即φA + φF = 2nπ，则要求φF =π，即反馈网络必须有180°的相移。设回路电流为 ，由图可以得到??????????显然，只有X1与X2同号时才能满足φF =π，也就是说，X1与X2只有电抗性质相同时（同为电感或同为电容），才满足相位平衡条件。又因为X1?+?X2?+?X3?= 0，所以X3与X1、X2性质必须相反，即若X1、X2为电感，则X3必须是电容。????综上所述，构成三点式振荡电路的原则是X1与X2性质相同，而X3则与它们的性质相反。可概括为射同基（集）反即与射极相连的两个电抗元件的性质相同，与基极（或集电极）相连的两个电抗元件的性质相反。用这一原则，可以迅速判断出三点式振荡电路是否满足振荡的相位平衡条件。 3. 555?定时器555?定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压V /3 和 2V /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2V /3，C2 的反相输入端的电压为V /3。若触发输入端 TR 的电压小于V /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2V/3，同时 TR 端的电压大于V /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。 电压比较器电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。 常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。 积分电路积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。右图是一个典型的积分电路图。由图可以看出，输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上，但此时认为电容的初始电量为零，故此时给电容充电。由理想运算放大器的虚短虚断性质可推出，vn-vo=1/c∫ idt,所以vo=-1/（RC）∫ vdt. 如果把R1和C换个位置，就成了微分电路（但输入的电压应该是交流信号才可通过电容）。 Ω，则C=10uF~0.75nF，我们采用五层波段开关，五支容值13333倍的电容，则C=10uF，1 uF，100 nF，10 nF，0.75nF。而R则取为20kΩ的可调电阻。因此，鉴于设计要求频率1Hz——100KHz跨度较大，我们采用五层波段开关两组五支电容和五支同轴电位器来调节。选用不同的电容作为振荡频率f0的粗调，用同轴电位器实现f0的微调。每一值电容和电位器组合都可以调节一段范围，交叉，故实现频率为连续可调。不同档位分别产生正弦波频率为0.749 Hz～15.7 Hz，7.4