函数信号发生器设计剖析

四川师范大学成都学院广播电视方向课程设计函数信号发生器设计学生姓名杨媛媛学号2012101077所在学院通信工程学院专业名称通信工程班级2012级广电班指导教师周永强成绩四川师范大学成都学院二○一五年六月四川师范大学成都学院本科毕业设计I函数信号发生器设计学生:杨媛媛指导教师:周永强内容摘要:在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。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）、正弦波的电路称为函数信号发生器，又名信号源或振荡器。函数信号发生器与正弦波信号发生器相比具有体积小、功耗少、价格低等优点,最主要的是函数信号发生器的输出波形较为灵活,有三种波形（方波、三角波和正弦波）可供选择，在生产实践，电路实验，设备检测和科技领域中有着广泛的应用。该函数信号发生器可产生三种波形，方波，三角波，正弦波，具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能，其产生频率信号范围1HZ～100kHZ，输出信号幅值范围0～10V，信号产生电路由比较器，积分器，差动放大器构成，频率计部分由时基电路、计数显示电路等构成。幅值输出部分由峰值检测电路和芯片7107等构成。关键词:信号发生器比较器积分器ADC芯片四川师范大学成都学院本科毕业设计IIDesignoffunctionsignalgeneratorAbstract:Inallareasofmodernelectronics,oftenrequiringhighaccuracyandfrequencyofthesignalgeneratorcanbeeasilyadjusted.Waveformscurvecanusetrigonometricequationtorepresent.Itcanproduceavarietyofwaveforms,suchastriangularwave,sawtoothwave,squarewave(includingsquare),thecircuitiscalledasinefunctionsignalgenerator,alsoknownasthesignalsourceoroscillator.Functionsignalgeneratorwithsinewavesignalgenerator,comparedwithsmallsize,lesspowerconsumption,andlowprice,themostimportantfunctionoftheoutputwaveformsignalgeneratorismoreflexible,therearethreewaveforms(square,trianglewaveandsine)tochoosefrom,withawiderangeofapplicationsinproductionpractice,circuittest,testequipmentandtechnologyfields.Thefunctiongeneratorcanproducethreewaveform,squarewave,trianglewave,sinewave,withadigitaldisplayoutputsignalfrequencyandvoltageamplitudefunction,whichgeneratesafrequencysignalrangeof1HZ~100kHZ,theoutputsignalamplituderangeof0~10V,signalgeneratingcircuitconsistsofacomparator,anintegrator,adifferentialamplifier,frequencymeterpartbythetimebasecircuit,countingdisplaycircuitandthelike.Amplitudeoftheoutputsectionconsistsofapeakdetectorcircuitandchip7107andsoon.Keywords:signalgeneratorcomparatorintegratorADCchip四川师范大学成都学院本科毕业设计III目录一信号发生器..............................................................11.1信号发生器的简介.......................................................11.2工作原理...............................................................21.3信号发生器的分类.......................................................21.4信号器的应用及作用.....................................................51.4.1应用................................................................51.4.2作用.................................................................52函数信号发生器............................................................52.1实现方法...............................................................53函数信号器的方案设计，并对其比较...........................................73.1概述...................................................................73.2方案一.................................................................83.3方案二.................................................................83.4方案比较与选择..........................................................84各组成部分的工作原理.......................................................94.1方波发生电路..........................................................94.2三角波发生电路........................................................104.3正弦波发生电路........................................................124.4方波---三角波转换电路的工作原理.......................................144.5方波—正弦波转换原理..................................................17四川师范大学成都学院本科毕业设计IV5总原理图及元器件清单......................................................175.1总原理图..............................................................175.2元器件清单.............................................................196结束语....................................................................20四川师范大学成都学院本科毕业设计1函数信号发生器设计一信号发生器1.1信号发生器的简介信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。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。凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源。也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。内部带有扫频输出功能(全频段扫频时间小于5秒)是指低频信号发生器具有从低频开始到高频(或反之)自动变化的功能即100Hz——20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程，而这一次过程的时间为5秒。带有外部扫频控制输入接口（控制信号为电压0-5V，控制电流小于1mA）四川师范大学成都学院本科毕业设计2是指低频信号发生器所输出的频率可以由外部进行控制（有外部控制接口），外部控制频率变化的电压是0-5V，控制电流小于1mA。当外部控制电压在0-5V变化时，低频信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。1.2工作原理信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。1.3信号发生器的分类正弦信号发生器正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发生器（输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下）和功率信号发生器（输出功率达数十毫瓦以上）；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。低频信号发生器包括音频（200～20000赫）和视频（1赫～10兆赫）范围的正弦波发生器。主振级一般用RC式振荡器，也可用差频振荡器。为便于测试系统的频率特性，要求输出幅频特性平和波形失真小。高频信号发生器频率为100千赫～30兆赫的高频、30～300兆赫的甚高频信号发生