壹個雙運放就夠了,比如LM358;
運算放大器構成振蕩電路,產生2KHz方波信號;
運算放大器構成積分電路,對輸入方波進行積分,輸出三角波;
信號發生器壹般分為函數信號發生器和任意波形發生器,函數波形發生器是為了區分模擬和數字合成而設計的。眾所周知,數字合成函數信號源在頻率、幅度甚至信噪比上都優於模擬。其鎖相環(PLL)的設計使得輸出信號不僅頻率精確,而且相位抖動和頻率漂移穩定。但畢竟是數字信號源,數字電路和模擬電路之間的幹擾總是難以有效克服,這也造成了小信號的輸出不如模擬函數信號。
談模擬函數信號源,結構圖如下:
這是壹種通用模擬函數信號發生器的結構,它以三角波產生電路為基礎,通過二極管組成的正弦波整形電路產生正弦波,同時通過比較器的比較產生方波。
以及三角波是如何產生的,公式如下:
換句話說,如果用恒流源給電容充電,可以產生正斜率斜波。同樣,右側用恒流源將電容中存儲的電荷放電,產生負斜率斜波,電路結構如下:
當I1 =I2時,可以產生對稱的三角波。if I 1 >;& gtI2,此時產生負斜率的鋸齒波,類似I1
如圖2所示,選擇開關SW1可以使充電速度成倍數變化,即改變信號的頻率,這是信號源面板上的頻率範圍選擇開關。同樣,通過同步改變I1和I2,也可以改變頻率,即信號源上調節頻率的電位器只需將原來的電壓信號轉換成電流即可。
占空比調整的設計有以下兩個思路:
1,頻率(周期)不變,脈沖寬度變了,其方法如下:
改變電平的幅度,即改變方波產生電路的比較器的參考幅度,可以實現在保持頻率不變的情況下改變脈沖寬度的特性。但其主要缺點是占空比不能調整到20%以下,導致采樣電路實驗時從瞬時信號采集到的信號發生變化。如果將該信號用於模數(A/D)轉換,所獲得的數字信號將會發生變化並處於虧損狀態。但不可否認的是在使用上更勝壹籌。
2.當占空比改變時,頻率相應地改變。該方法如下:
可以通過固定方波產生電路的比較器的參考幅度(正負可以通過電路切換)和改變充放電的斜率來實現。
這種方式的設計“難調”,這是壹個很大的缺點,但是可以產生10%以下的占空比,這是采樣的必要條件。
以上兩種占空比調整電路的設計思路各有利弊,當然也影響著能否產生“像樣”的鋸齒波。
接下來,PA(功率放大器)的設計。先用運算放大器(OP),再用推挽放大器(註意防止交叉失真)把信號送到衰減網絡,這就涉及到信號源輸出信號的指標,包括信噪比,方波上升時間,信號源的頻率響應。當然,好的信號源,正弦波信噪比高,方波上升時間快,三角波線性度好,伏頻特性好(即頻率上升時,信號不能衰減或降低太多)。這部分電路比較復雜,尤其是高頻時,除了用電容進行頻率補償,還涉及到PC板的布線方式,壹不小心就容易引起振蕩。如果要設計這部分電路,除了原有的模擬理論基礎外,還需要有實踐經驗。
PA信號出來後,通過π型阻性衰減網絡分別衰減10倍(20dB)或100倍(40dB)。這時,壹個基本的函數波形發生器已經完成。(註:選用π衰減網絡代替分壓電路,保持輸出阻抗恒定)。
壹個功能強大的函數波形發生器,包括掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE、頻率計等。這裏也順便提壹下它的設計方法:
1.掃頻:壹般分為線性(Lin)和對數(log)掃頻;
2.VCG:通用調頻。當輸入壹個音頻信號時,它可以與信號源本身的信號產生調頻;
上述兩種設計方法中,第1項要先產生鋸齒波和對數波信號,然後通過多路復用器與第2項的輸入信號壹起選擇,再通過電壓電流轉換電路同步加到圖2中的I1和I2上;
3.TTL同步輸出:方波通過三極管電路轉換成0(低)和5V(高)的TTL信號。
但是要註意,這樣的TTL信號只有經過壹個緩沖門才能輸出,以增加扇出,有時通常會並聯幾個緩沖器。TTL INV只需要加壹個非門;
4.觸發功能:類似於單次觸發功能,當輸入壹個TTL信號時,信號源可以產生壹個周期性的信號輸出。設計方法是在沒有信號輸入時,將圖2中的SWI接地;
5.門電路功能:輸入壹個TTL信號,使信號源在輸入為Hi時產生波形輸出,直到輸入為低,圖2中的SWI接地,信號源輸出關閉;
6.頻率計:市場上除了簡單的表盤顯示外,無論是LED數碼管還是LCD液晶顯示頻率,都與頻率計電路重疊,框圖如下:
2.任意波形發生器,模擬實驗的最佳儀器。
任意波形發生器是信號源的壹種,具有信號源的所有特性。傳統上,我們認為信號源主要是向被測電路提供所需的已知信號(各種波形),然後用其他儀器測量感興趣的參數。可以看出,信號源在電子實驗和測試處理中不測量任何參數,而是根據用戶的要求模擬各種測試信號,提供給被測電路,滿足測試需要。
信號源有很多種,包括正弦波信號源、函數發生器、脈沖發生器、掃描發生器、任意波形發生器、合成信號源等。壹般來說,任意波形發生器是壹種特殊的信號源,具有其他信號源的波形產生能力,因此適用於各種仿真實驗。
壹、功能功能、模擬環境的基礎實驗室設計者
函數信號源是應用最廣泛的通用信號源,可以提供正弦波、鋸齒波、方波、脈沖串等多種波形,有些還具有調制和掃描的能力。眾所周知,在我們的基礎實驗中(如大學電子實驗室、科研機構研究實驗室、工廠開發實驗室等。),我們設計了壹個電路,需要對其施加理想波形來驗證其可靠性和穩定性,從而辨別真偽。比如,我們可以利用信號源的DC補償功能來控制固態電路的DC偏置電平;對於壹個疑似故障的數字電路,我們可以利用信號源的方波輸出作為數字電路的時鐘,同時利用方波加DC補償產生有效的邏輯電平模擬輸出,觀察電路的運行情況,確認故障缺陷。總之,利用任意波形發生器的基本功能,妳可以模擬出妳的基本實驗室所必需的信號。
2.任意波形,模擬更復雜的信號要求。
眾所周知,在我們實際電子環境中設計的電路的運行中,由於各種幹擾和響應的存在,實際電路往往存在各種信號缺陷和瞬態信號,如過脈沖、尖峰、阻尼瞬態、頻率突變等。(見圖1,圖2)。如果在設計之初沒有考慮到這些情況,有些會造成災難性的後果。例如,如果電路抗沖擊能力較差,圖65中438+0處的尖峰脈沖可能會導致整個設備“燒壞”。通過確認電路對這種情況的敏感性,我們可以避免不必要的損失。這壹要求在航空航天、軍事、鐵路以及壹些情況復雜的重要領域尤為重要。
由於任意波形發生器的特殊功能,為了增強任意波形產生的能力,往往依靠計算機通信來輸出波形數據。在計算機傳輸中,通過專用的波形編輯軟件產生波形,有利於擴展儀器的能力,進壹步模擬仿真實驗。同時,由於編輯壹個任意波形有時需要花費大量的時間和精力,而且每個編輯波形可能都不壹樣,所以有些任意波形發生器內置了壹定數量的非易失性存儲器,有利於參考和比較。或者通過隨機接口通信傳輸到計算機進行進壹步的分析和處理。
第三,下載傳輸,進壹步實時仿真。
在壹些軍事、航空、交通制造等領域,壹些電路的工作環境很難估計。實驗設計完成後,還需要在真實環境下做進壹步的實驗。有些實驗成本很高或者風險很大(比如高速列車實驗時的變軌,飛機試航時螺旋槳的運轉),所以人們不可能通過長時間的實驗來判斷設計產品(比如高速列車和飛機)的可行性和穩定性。我們可以利用壹些任意波形發生器的波形下載功能,在做壹些比較麻煩或者風險比較大的實驗時,通過數字示波器等儀器實時記錄波形,然後通過計算機接口傳輸到信號源,直接下載到設計電路中做進壹步的實驗驗證。
綜上所述,任意波形發生器是電子工程師信號仿真實驗的最佳工具。選購時不僅要註意傳統信號源的缺陷——頻率精度、頻率穩定度、幅度精度、信號失真,還要註意它的編輯和波形存活下載能力,還要註意它的輸出通道數,以便同步比較兩個信號的相移特性,進壹步達到模擬實驗狀態。