低頻信號發(fā)生器的設計

摘 要：信號發(fā)生器廣泛應用于電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測控制、測量?jì)x器、儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域。采用集成運放和分立元件相結合的方式，利用遲滯比較器電路產(chǎn)生方波信號，以及充分利用差分電路進(jìn)行電路轉換，從而設計出一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的簡(jiǎn)易信號發(fā)生器。通過(guò)對電路分析，確定了元器件的參數，并利用Multisim軟件仿真電路的理想輸出結果，克服了設計低頻信號發(fā)生器電路方面存在的技術(shù)難題，使得設計的低頻信號發(fā)生器結構簡(jiǎn)單，實(shí)現方便。該設計可產(chǎn)生低于10 Hz的各波形輸出，并已應用于實(shí)驗操作。

關(guān)鍵詞：信號發(fā)生器；方波信號；電路仿真；遲滯比較器

O 引 言
信號發(fā)生器一般指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運放及分離元件構成；也可以采用單片集成函數發(fā)生器。這里，采用分立元件設計出能夠產(chǎn)生3種常用實(shí)驗波形的信號發(fā)生器，并確定了各元件的參數，通過(guò)調整和模擬輸出，該電路可產(chǎn)生頻率低于10 Hz的3種信號輸出，具有原理簡(jiǎn)單、結構清晰、費用低廉的優(yōu)點(diǎn)。該電路已經(jīng)用于實(shí)際電路的實(shí)驗操作。

1 波形轉換原理
1．1 方波和三角波的產(chǎn)生
方波一三角波一正弦波信號發(fā)生器電路由運算放大器電路及分立元件構成，其結構如圖1所示。它利用比較器產(chǎn)生方波輸出；方波通過(guò)積分產(chǎn)生三角波輸出。

1．2 利用差分放大電路實(shí)現三角波-正弦波的變換
波形變換原理是利用差分放大器傳輸特性曲線(xiàn)的非線(xiàn)性，波形變換過(guò)程如圖2所示。由圖2可以看出，傳輸特性曲線(xiàn)越對稱(chēng)，線(xiàn)性區域越窄越好；三角波的幅度Uim應正好使晶體接近飽和區域或者截至區域。

2 電路設計及參數調整
根據設計功能，電路的設計過(guò)程分為正弦波、方波、三角波3部分。
2．1 方波與三角波的產(chǎn)生及轉換電路
圖3中U1構成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。運算放大器U2與電阻Rp2及電容構成積分電路，用于將U1電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。

方波部分與三角波部分的參數確定如下：
根據性能指標可知，由可見(jiàn)，f與C成正比，若要得到l~10 Hz輸出，C=10μF；若要得到10～100 Hz輸出，C=1μF。此時(shí)，R4+Rp2=7．5～75 kΩ，若取R4=5．1 kΩ，則Rp2=2.4 kΩ或者Rp2=69．9 kΩ，因為Rp2=100 kΩ時(shí)，
根據輸出的三角形幅值5 V和輸出的方波幅值14 V，若有：R2／(R3+Rp1)14=5→R2／(R3+Rp1)=5／14時(shí)，R2=10 kΩ，則有Rp1XXXXXX△47 kΩ，R3=20 kΩ。根據方波的上升時(shí)間為2 ms，可以選擇74141型號的運放。由此可得調整電阻為：

2．2 正弦波產(chǎn)生電路
正弦波產(chǎn)生電路如圖4所示。由于選取差分放大電路對三角波一正弦波進(jìn)行變換，選擇KSP2222A型的管，其靜態(tài)曲線(xiàn)圖像如圖5所示。