[信号发生器的设计]简易信号发生器
时间：2019-01-20 03:28:33 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：信号发生器是指能产生某些特定的周期性时间函数波形信号（如正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等信号），频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域的发生器。脉冲信号发生器是指能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
关键词：信号发生器；脉冲信号
中图分类号：U284.71文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2008）33（c）-0048-01
一、设计目的
1、复习并掌握电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、通信原理等学科的知识。2、熟练运用基础知识设计电路。3、完成指定的设计任务和实验任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡。4、经过查资料、选方案、总体设计、方案实现、撰写设计报告、分析实验结果，得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为毕业设计、毕业后的工作打下基础。
二、设计内容
设计一个脉冲信号发生器，能够实现方波、三角波、正弦波等各种波形的脉冲信号的输出，并能实现对信号频率和占空比的调节。１、原理分析：利用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器最突出的特点，即电压传输特性有一个滞回区，将其反相输出端经RC积分电路接回输入端，使其构成一个多谢振荡器，输出电压在V+与V-之间不停地往复变化，而在输出端产生矩形脉冲信号。实现三角波、正弦波脉冲信号的输出则是利用555与外围元件构成自激振荡器，输出的方波经电容耦合输出，再经电阻与电容积分，构成接近的三角波脉冲信号，再经后面多级积分得到接近的正弦波脉冲信号。
设计原理框图
其中，利用电阻R、电容C构成积分滤波电路，对特定频率分量进行选择，从而将方波虑成三角波，再通过多级滤波，进而近似得到正弦波。
2、计算
由电路原理可知电容C的充电时间T1和T2放电时间分别为：T1=(R1+R2)Cln(VCC-VT)/(VCC-VT+ )=(R1+R2)Cln2 (1)
T2=R2Cln(0-VT+)/(0-VT-)=R2Cln2(2)
故电路的振荡周期为：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2(3)
振荡频率为：f=1/T=1/[(R1+2R2)Cln2] (4)
故输出脉冲占空比为：q=T1/T=(R1+R2)/R1+2R2(5)
通过改变R和C的参数即可改变振荡频率，以及输出脉冲的占空比。因而利用滑动变阻器实现对输出脉冲占空比的调节。改进电路后，由于接入了二极管D1和D2，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容C的充电时间变为：T1=R1Cln2 (6)
而放电时间为：T2=R2Cln2 (7)
故得输出脉冲的占空比为：q=R1/(R1+R2) (8)
三、电路调试过程:（一）、仿真过程：1、在EWB环境下打开file\new，建立rili.ewb文件。2、点击工具框选择器件：一个555定时器，一个可调电阻，若干个电阻，若干个电容，两个二极管。3、将各器件按照一定的顺序美观地排列好，将555定时器接成多谐振荡器，并用电阻、电容构成多级积分电路，利用两个二极管控制充放电路径，从而用可调电阻实现对频率和占空比的调节。4、检查无误后，打击窗口右上角电源开关进行仿真。（二）、调试中出现的问题及解决方法：1、接好电路后用示波器查看结果，未出现预期结果解决方法：用示波器显示555多谐振荡器的输出电压的波形时，一开始只是看到类似直流电压的波形，电压的值是正确的，但不是方波。经过检查发现示波器上显示参数不对，设置的值太大了，将其检测频率调高即可正常显示。2、检测正弦波输出时发现波形不理想解决方法：调整积分滤波电路中电阻和电容的值，调整选取的频率，或者增加更多的积分滤波电路，以得到更好的波形。（三）、调试结果：在O1输出端得到方波脉冲信号(见图2) ,在O2输出端得到三角波脉冲信号：（见图3）在O3输出端得到正弦波脉冲信号：（见图4）
四、结论：通过将近一周的设计，现已经将脉冲电路图绘制出来，并且成功实现了电路仿真，实现了方波、三角波、正弦波等各种波形的脉冲信号的输出，并能实现对信号频率和占空比的调节。遗憾的是由于时间的限制并没有制作实物。通过查阅相关资料，发现自己设计实现的脉冲信号发生器还是不够完善的，对于输出的三角波和正弦波只能近似得到，波形效果不太理想。
作者单位：东北大学秦皇岛分校
作者简介：胡海峰（1985年-），男，汉族，黑龙江省哈尔滨市人，东北大学秦皇岛分校本科生，通信工程专业
参考文献：
[1]清华大学电子学教研组编.阎石主编.《数字电子技术基础》（第四版）.北京.高等教育出版社.1998
[2]东北大学秦皇岛分校实验室编.《数字电路EDA仿真实验指导书》.秦皇岛.东北大学秦皇岛分校.2003年
[3]华中科技大学电子技术课程组编.康华光主编.《电子技术基础－模拟部分》（第五版）北京.高等教育出版社.2006
[4]曾兴雯,刘乃安,陈健编.《高频电路原理与分析》（第三版）.西安.西安电子科技大学出版社.2002
[5]邱关源主编.《电路》（第四版）.北京.高等教育出版社.1999
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