信號發(fā)生器一般指能自動產(chǎn)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(gòu)成;也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。這里，采用分立元件設(shè)計出能夠產(chǎn)生3種常用實驗波形的信號發(fā)生器，并確定了各元件的參數(shù)，通過調(diào)整和模擬輸出，該電路可產(chǎn)生頻率低于10 Hz的3種信號輸出，具有原理簡單、結(jié)構(gòu)清晰、費用低廉的優(yōu)點。該電路已經(jīng)用于實際電路的實驗操作。
1波形轉(zhuǎn)換原理
1.1方波和三角波的產(chǎn)生
方波-三角波-正弦波信號發(fā)生器電路由運算放大器電路及分立元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它利用比較器產(chǎn)生方波輸出;方波通過積分產(chǎn)生三角波輸出。
1.2 利用差分放大電路實現(xiàn)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(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。
2電路設(shè)計及參數(shù)調(diào)整
根據(jù)設(shè)計功能，電路的設(shè)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(chǎn)生及轉(zhuǎn)換電路
圖3中U1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，用于產(chǎn)生輸出方波。運算放大器U2與電阻Rp2及電容構(gòu)成積分電路，用于將U1電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。
2.2 正弦波產(chǎn)生電路
正弦波產(chǎn)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(jìn)行變換，選擇KSP2222A型的管，其靜態(tài)曲線圖像如圖5所示。
根據(jù)KSP2222A的靜態(tài)特性曲線，選取靜態(tài)工作區(qū)的中心靜態(tài)電流和電壓分別為：
因為靜態(tài)工作點已經(jīng)確定，所以靜態(tài)電流變成已知。根據(jù)KVL方程可計算出鏡像電流源中各個電阻值的大小：
2.3 系統(tǒng)集成
把各分電路集中在一塊電路板上，共用電源和接地端后，整個信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)變得緊湊美觀，集成電路圖如圖6所示。
3模擬實驗結(jié)果及分析
3.1模擬結(jié)果
利用Multisim軟件畫出電路圖，在相應(yīng)點接上示波器，模擬電路結(jié)果。
改變Rp2的值，由2.4 kΩ變?yōu)?.6 kΩ的輸出結(jié)果對比如下。
3.2 結(jié)果分析
(1)頻率范圍
為便于測量，將電路圖上的方波信號接入示波器，并合上C1=10μF的開關(guān)，斷開C2=1μF的開關(guān)，然后調(diào)節(jié)Rp2，并測出此時方波信號頻率的變化范圍;斷開C1的開關(guān)，合上C2的開關(guān)，按照同樣的方法調(diào)節(jié)Rp2，并記錄方波信號頻率的變化范圍，結(jié)果如表1所示。
電路的三種輸出波形對比如圖7所示。
(2)輸出電壓
方波信號接入示波器，調(diào)節(jié)Rp1，得方波峰峰Vpp=14 V;撤除方波信號并接入三角波信號，調(diào)節(jié)Rp1，測得三角波峰峰值Upp=5 V;將正弦波信號接入示波器，調(diào)節(jié)Rp3和Rp4，測得正弦波峰峰值Upp=2.8 V。
函數(shù)信號發(fā)生器的性能指標(biāo)主要取決于元器件的選擇以及電路元器件參數(shù)的選擇。在電路中接入示波器將對電路的負(fù)載匹配產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響波形輸出。該設(shè)計中采用Multisim軟件對設(shè)計出的電路進(jìn)行模擬，對結(jié)果進(jìn)行了仿真，電路可產(chǎn)生低于10 Hz的三種信號波形，輸出電壓可以達(dá)到合理范圍，該電路已經(jīng)應(yīng)用于實驗操作中。
