信号与系统课程设计信号发生器...docx

电气与电子工程学院
《信号与系统》
课
程
设
计
设计题目信号发生器的设计与实现
指导老师
班级
姓名
学号
完成日期 2014 年 8 月 20 日
设计题目
信号发生器的设计与实现
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。

利用所学知识自己设计电路系统,构成信号发生器,要求能产生三种以上的信号。(可以一种电路产生多种信号,也可以由不同电路产生不同信号)。利用Matlab或PSPICE或PROTEL或其他软件仿真。
设计目的

,仿真和分析,进一步验证和检验自己的电路设计
3. 培养自己电路设计能力和综合分析问题、解决问题的能力。
设计方案及原理
整体设计思路

过零比较器
文氏桥振荡电路
积分电路
首先产生正弦波,再由过零比较器产生方波,最后由积分电路产生三角波。正弦波通过RC串并联振荡电路(文氏桥振荡电路)产生,利用集成运放工作在非线性区的特点,由最简单的过零比较器将正弦
波转换为方波,然后将方波经过积分运算变换成三角波。在三角波-方波产生电路的基础上,再加入二极管和电阻串联支路,即可构
成一个幅值可以改变的锯齿波发生器。
正弦波产生电路及原理
文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路,RC串并联网络具有
选频的作用,它与放大器结合起来即可构成RC振荡电路。它适用于产生频率小
于1MHz的低频振荡信号,频率和振幅较稳定,频率调节方便。
如上图所示,图中R1、C1、R2、C2构成串并联选频网络,接于运算放大器
的输出与同相输入端之间,构成正反馈,以产生正弦自激振荡。其余部分是带有
负反馈的同相放大电路,R3、R4、R5构成负反馈网络,确定电压增益使其满足
振荡的幅值条件。二极管D1、D2则有利于正弦波的起振和稳定输出幅度。
RC串并联网络的频率特性可以表示为
令则上式可简化为,以上频率特性可分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下:
| |
,
根据RC串并联网络的选频特性及上述平衡条件容易得到RC正弦波振荡电路的振荡频率为:
;
振荡的幅度平衡条件| |是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振,开始时必须满足的幅度条件。
已知当时,,由此可求得振荡电路的起振条件为:
同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为:
所以当时,幅频响应的幅值为最大F=1/3,相频响应的相位角为零
。且负反馈电压增益Av=(R3+R4+R5)/R4略大于3,由于电路中存在噪声,它的频谱分布很广,其中一定包括有ω=ω0=1/RC这样一个频率成分。这种微弱的信号,经过放大器和正反馈网络形成闭环。使输出幅度愈来愈大,最后受电路中非线性元件的限制使振荡幅度自动地稳定下来。
通过波形,可以清楚的看到起振到振幅稳定的过程。
-三角波产生电路
由电压比较器和积分器构成方波-三角波发生器实验电路,积分电路的输出电
压反馈至电压比较器的输入端,形成闭环,使电路产生自激振荡。由于采用了积
分电路,使方波-三角波发生器的性能大为改善,不仅得到的三角波线性度比较
理想,且振荡频率和幅度也便于调节。
设计电路图
-三角波产生电路
电路中,Vout1输出的波形即为方波。
产生方波的部分电路采用了电压比较器。电压比较器简称比较器,其基本功能是对两个输入电压进行比较,并根据比较结果输出高电平或低电平电压,据此来判断输入信号的大小和极性。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换,模数转换以及越限报警等许多场合。
电压比较器通常由集成运放构成,与普通运放电路不同的是,比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号,运放就会进入非线性区,属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时, 虚断路原则仍成立,虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。
本电路采用的是同相输入的过零比较器。当Vp大于零时,Vout1输出为+Vz,当Vp小于零时,Vout1输出为-Vz。由此即可产生方波。改变D1,D2可以改变方波输出幅值。
输出Vout1的波形可得到所需方波如下图所示
Vout2的输出波形为三角波。
在产生三角波的部分电路中采用了积分电路。积分电路是一种常见的数学运