低頻信號發生器的設計

摘 要：信號發生器廣泛應用于電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術領域。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生方波信號，以及充分利用差分電路進行電路轉換，從而設計出一個能變換出三角波、正弦波、方波的簡易信號發生器。通過對電路分析，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生器電路方面存在的技術難題，使得設計的低頻信號發生器結構簡單，實現方便。該設計可產生低于10 Hz的各波形輸出，并已應用于實驗操作。

關鍵詞：信號發生器；方波信號；電路仿真；遲滯比較器

O 引 言
信號發生器一般指能自動產生正弦波、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生器。這里，采用分立元件設計出能夠產生3種常用實驗波形的信號發生器，并確定了各元件的參數，通過調整和模擬輸出，該電路可產生頻率低于10 Hz的3種信號輸出，具有原理簡單、結構清晰、費用低廉的優點。該電路已經用于實際電路的實驗操作。

1 波形轉換原理
1．1 方波和三角波的產生
方波一三角波一正弦波信號發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。它利用比較器產生方波輸出；方波通過積分產生三角波輸出。

1．2 利用差分放大電路實現三角波-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的非線性，波形變換過程如圖2所示。由圖2可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區域越窄越好；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，電路的設計過程分為正弦波、方波、三角波3部分。
2．1 方波與三角波的產生及轉換電路
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，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，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，
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，R2=10 kΩ，則有Rp1XXXXXX△47 kΩ，R3=20 kΩ。根據方波的上升時間為2 ms，可以選擇74141型號的運放。由此可得調整電阻為：

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