信号与系统 课程设计 信号发生器.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 U201011871
姓名张丰伟
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。

自已设计电路系统,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。

1. RC正弦波振荡电路
常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路,它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。
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(R3)与电容(C1)串联之电抗(XS)串接一电阻(R4)与电容(C2)并联之电抗(XP),再将XP之电压回授至输入端,此方式称为韦恩桥式震荡器.。
Xs=R4 - jXc1
XP = R3//JXc2 =
回馈电路如下:
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。振荡频率为:。

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 和图 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。/3 和 /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 /3,C2 /3。若触发输入端 TR /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/3,同时 TR /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。
4. 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。
5. 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)。


电路低频部分,由RC文氏正弦产生电路产生749mHz-102kHz的正