超低频可调正弦信号发生器

辽 宁 工 业 大 学

模拟电子技术基础课程设计（论文）

题目：超低频可调正弦信号发生器

院（系）： 电气工程学院 专业班级： **班

学生姓名：

指导教师： （签字） 起止时间： 2014.6.30-2014.7.11

学 号： 120******

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘 要

信号发生器信号源输出各种电子信号仪器主要用调试、测试电子电路、电子设备参数 标准信号发生器主要输出高精度、高质量正弦信号尤其输出信噪比高微弱信号；函数发生器输出各种常用波形正弦波、锯齿波、方波等精度标准信号发生器；脉冲信号发生器输出各种标准脉冲波形；智能化频率合成器输出任意波形。

正弦波振荡电路就是一个没有信号输入，但有信号输出的正反馈放大电路。本设计采用正弦波振荡电路配合RC选频网络产生并输出稳定的超低频可调正弦波信号。改变选频网络的电阻或者电容就可以改变输出频率，使其可以满足对频率有不同要求的电路，可大大应用于实际生活中，经仿真实验验证本设计输出频率在1~300赫兹之间可连续可调，输出采用可调电阻分级衰减输出。输出电压在0~10V（±1V）之间可调。波形无明显失真，系统整体性能良好。满足设计要求。

关键词：超低频; 可调; 正弦波

目 录

第1章 绪论 .......................................................... 1

1.1 函数信号发生器概况 ........................................... 1 1.2 本文研究内容 ................................................. 2 第2章 超低频可调正弦信号发生器电路设计 .............................. 3

2.1超低频可调正弦信号发生器总体设计方案 ......................... 3 2.2 具体电路设计 ................................................. 4

2.2.1 RC振荡选频电路设计 ..................................... 4 2.2.2电压放大电路设计 ........................................ 5 2.2.3输出及直流稳压电源电路设计 .............................. 6 2.3 元器件型号选择 ............................................... 7 2.4 EWB仿真、数据分析 ............................................ 9 第3章 课程设计总结 ................................................. 11 参考文献 ............................................................ 12 元器件清单 .......................................................... 13

第1章 绪论

1.1 函数信号发生器概况

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。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，信号发生器是用于产生测试信号的仪器，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。

正弦信号源在实验室和电子工程设计中有着十分重要的作用，而传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便于自动调节，工程实用性较差，本设计以较低的成本制作超低频可调正弦信号发生器。现在利用集成技术和单片机技术以及石英晶体可以准确产生各种频率的信号。

1.2 本文研究内容

本设计要求：

（1）设计并制作一台超低频可调正弦信号发生器。 （2）线性失真度不大于0.5%。 （3）最低频率1HZ。 具体性能指标： ① 非线性失真

设计要求输出波形十分接近正弦波，不能有明显的波形不符，失真度不能大于0.5％。

② 频率要求

本设计要求设计出超低频正弦信号，经查阅相关资料得知，超低频信号范围为30~300赫兹，而本设计要求最低频率为1赫兹。因而设计出信号频率范围是1~300赫兹，并且在此范围内频率连续可调。

③ 输出要求

本设计预定输出为0~10V可调电压.。 设计具体内容

首先对设计要求做进一步分析，明确设计所达到的目的即产生超低频可调正弦信号。预确定设计方案，进行方案可行性论证，进行方案对比，确立最终设计方案。构建整体设计思路，并作出方案框图。结合实际电子元器件进行再次方案修正。对整体电路进行拆分，分成相对独立的单元电路，振荡信号产生电路，电压放大电路，输出衰减电路，简化设计。进行局部单元电路设计，分别对其进行实际计算和实验仿真，明确单元电路性能指标。整体电路组装调试，multisim仿真实测。在实测的基础上，进行实物电路焊接，完成设计报告。

第2章 电路设计

2.1 超低频可调正弦信号发生器总体设计方案

方案一

设计采用三点式LC振荡电路，电路由晶体管，电阻，电容以及高频扼流圈组成，直流电源接高频扼流圈再接晶体管集电极是为了避免电源对振荡回路的高频信号短路，在小功率电路设计中可用电阻代替。三点式振荡电路由于反馈电压取自电感上，而电感对高次谐波阻抗大，故引起振荡回路输出谐波分量增大，输出波形不理想，三点式电路连接复杂，需要高频扼流圈并且输出频率也比较大。

方案二

本设计采用RC串并联网络进行选频，利用μA741运算放大器以及负反馈网络组成振荡信号产生电路。

振荡产生电路可以产生包含多种频率的正弦信号，选频网络对由振荡电路产生的高带宽的频率进行选择，选频后经过电压放大电路进行二级放大信号，最后输出稳定的而且可以带负载的可调正弦波。直流稳压电源为±12V，对需要直流偏置的电器元件进行供电。此方案电路简洁，无需复杂电路元件，可控性也比较理想。

综上对比，在经济以及电路简单安全性方面考虑，选择方案二作为本设计的最终设计方案，具体设计如下

图2.1 整体电路框图

2.2 具体电路设计

2.2.1 RC振荡选频电路设计

RC振荡选频网络由运放（μA741）构成的基本放大电路，选频网络，以及反馈网络组成。其电路图2.2如下

图2.2 RC振荡选频网络

正弦波发生电路能产生一定频率和幅度的正弦交流信号，它是一种能将直流电源能量自行转换为交流振荡能量的电路。在某些电路中，输入端不外接信号而其输出端仍有一定频率和幅度的信号输出，这种现象称为自激振荡。所以在这种电路中，自激振荡正是所需要的。因此为了使振荡器在接通电源后能自行起振,要求电路开始工作时环路增益必须满足下面的起振条件AF>1,在振荡建立的过程中，随着振幅不断增大，电路中的非线性元器件特性的限制，使得AF值逐渐下降，最后达到AF=1，即进入稳定的振荡过程。

图中，R2，R3构成反馈网络，当满足