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仪器科学与电气工程学院

本科生“六个一”工程之课外实验项目报告

低频信号发生器的设计与实现

专业：测控技术与仪器

姓名：刘雪锋

学号

时间：2011年11月

一、实验目的：

练习基本技能：常用测试仪器使用、电路安装、测试、调试；

初步学会查阅电子器件英文说明书；

训练基本单元电路设计、调试、测试。

二、实验内容：

设计一个低频信号发生器，可输出方波、矩形波、三角波、锯齿波、正弦波。频率

和幅度可调；矩形波占空比可调；锯齿波上升、下降时间可调；

根据电路原理图的具体结构，安装单元电路；

测输出幅度、频率、失真度、上升沿、下降沿、观察三角波线性度；

不得使用8038模块；

写出设计与总计报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。

三、总体设计方案：

（一）总体设计原理框图

RC震荡比较器积分器

方波三角波

产生正弦波

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正

弦波转换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先由振荡器产生方波，再经积分

电路产生三角波，再经过滤波电路产生正弦波等等。我选用的是前一种方案，上图为总体设

计流程。

（二）各部分电路图及其原理

1、正弦波产生电路及其原理：

正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大

电路中引入反馈电路，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。电路接通电源的一瞬间，

由于电路中电流从零突变到某一值，它包含着很多的交流谐波，经过选频网络选出频率

为f0的信号，一方面由输出端输出，另一方面经正反馈网络传送回到输入端，经放大和

选频，这样周而复始，不断地反复，只要反馈信号大于初始信号，震荡就逐渐变强，最

后稳定的震荡起来。我所设计的正弦波震荡电路为RC串并联式正弦波震荡电路,又被称

为文氏桥电路。这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络，放大电路为由集成运

741放所组成的电压串联负反馈放大电路，选频网络兼作正反馈网络，它具有电路简单、

易起振、频率可调等特点被大量应用于低频振荡电路，电路图如下所示：

我选用的电阻R和电容C分别为100kΩ的电位器和0.1μf瓷片电容，这样根据

在C不变的情况下，改变电位器R的值可以改变电路的震荡频率，但由于两

个R的阻值要相等才能震荡出正弦波，所以我在实际焊制电路时两个R采用一个同轴电位

器。为了达到稳伏功能，我在放大电路的R5两端并联两个不同端的二极管1N4007，利用

电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而

达到稳伏功能，电阻R5有改善二极管非线性引起的波形失真的作用。同时串联一个100K

的电位器R4以调节正弦波的幅度。

RC的震荡频率为：，根据100kΩ，C=0.1μf，算出的f0=15.9Hz。实际测

试的最小频率为20Hz，最大频率为500kHz，频率范围比较宽。

下图为用电路仿真软件Multisim对正弦波振荡器电路仿真的结果：

2、正弦波转方波电路设计及其原理

本电路中采用滞回比较器将正弦波转换成方波，因为滞回比较器是一个具有迟滞回

环传输特性的比较器我所设计的滞回比较器是一个双门限值的正向输入滞回比较器，由

于反馈作用，门限电压是随输出电压的变化而变化的，因此与其他单限比较器相比具有

一定的抗干扰能力，其电路原理图如下：

根据设计要求，要能够改变方波的占空比产生矩形波，我又在负反馈网络的输入端

加了一个电位器已达到调节比较器门限电压的作用，进而改变矩形波的占空比。

下图为实际设计电路的仿真图：

3、方波（矩形波）