信号与系统课程设计--信号发生器的设计与实现

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1、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。二.设计要求自已设计电路系统，构成信号发生器，要求能产生三种以

2、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。三.相关原理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-jX

3、c1XP=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：。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

4、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

5、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

6、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Vcc/3和2Vcc/3555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2Vcc/3，C2的反相输入端的电压为Vcc/3。若触发输入端TR的电压小于Vcc/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2Vcc/3，同时TR端的电压大于Vcc/3，则C1

7、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-v

8、o=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）。四.电路设计1.概述电路低频部分，由ＲＣ文氏正弦产生电路产生749mHz－102kHz的正弦波，经比较器后转化成方波，方波经积分电路转化成三角波。输出端经可调放大电路调节幅值及可调电源调节电平输出可变频率，幅值，电平的正弦，矩形波，三角波。电路中频部分，555定时器组成多谐振荡器，输出中频正方