简易多波形信号发生器

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简易多波形信号发生器

    信号发生器在电子实验中作为信号源,通常用得多的是正弦波、三角波、方波以及用作触发信号的脉冲波。本次制作的是能产生九种波形的信号发生器。
    设计目标是简单易制、工作可靠、信号频率在音频范围连续可调,即20Hz~20KHz,输出信号电压能与TTL电平兼容。
    电路中采用了两块CMOS数字集成电路74C04(内含六个反相器)和74C14(内含六个带施密特电路的反相器)。
    电路见图1,由反相器IC1的a、b、c三个并连,和电阻W1+R1、电容C1、C2、C3构成振荡器以产生三角波,振荡频率计算公式为f=1/1.7RC。振荡频率分为×10、×100、×1k三段、用开关K2改变接入的电容量粗调频率,由电位器W1细调20~200Hz、200~2kHz、2k~20kHz,覆盖音频频段。三角波经射极跟随器T2输出,约3VP-P。此三角波经施密特触发器IC2a整形为方波,再经IC2b~f并联输出(多个门电路并联以提高驱动能力),其电平兼容TTL。IC1d、IC1e~f构成两级线性放大器,用于将三角波整形为模拟正弦波,原理是利用放大器饱和将三角波的尖端限幅为圆形,再经射极跟随器T1输出,约6.5VP-P。当波形选择开关K3将电阻R2和二极管D1或D2接入电路时,输出的方波被整流为正电压或负电压加到三角波发生器的输入端,构成压控振荡器(VCO),从而获得极性不同的锯齿波或脉冲波,脉冲宽度取决于电阻R2和积分电容的大小。如此构成一个实用的多波形信号发生器,开关K3是波形选择开关,其位置与波形的关系见附表。
多波形信号发生器<a target=电路图" src="/article/UploadPic/2010-11/2010112122270526.jpg" width="500" border="0" style="cursor:pointer;" onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/> 
    积分电容C1、C2、C3选用温度特性好的薄膜电容,容量值要求准确,每组电容器由两个电容器并联以得到需要的数值,需用数字万用表的电容档精选,才能保证三条频率刻度的—致性。电容C4、C5一定要用无极性电容,可用两个4.7μ有极性电介电容同极性串连代替。电容C6、C7用钽电介。图1中未注明电压的电容器均选用50V。频率细调电位器W1选用金属壳全密封碳膜电位器,最好选用阻值变化为线性(即型号后缀带有“X”)的。开关K2、K3选用小型—刀三位波段开关。9V直流稳压电源选用小电流的三端稳压集成电路78L09。六施密特触发器74C14也可用HEF40106直接代换。
    由于采用低耗电的C-MOS电路,本机也可用9V积层电地供电。
    电路制作完成后需要调整的只有正弦波形。有示波器时可在示波器监视下调整微调电阻W2、W3,使波形最接近正弦波;无示波器时,可将正弦波输出接到家用音频功放的输入端,频率调整到数百周,调W2、W3使声音最悦耳即可。

    制作难点是面板上的频率刻度盘的绘制及校准。下面详细介绍:

读数标尺的制作:
    读数标尺与频率细调电位器W1的旋钮为—体。选择一块无划痕的透明板(如薄有机玻璃板或CD盒盖),接图2裁取—块,其长度以面板能容纳的半径为限(长些为好),作为标尺,经过圆心用针尖刻一直线槽,在槽中涂上红色墨水,形成一条红线,作为读数标线;用502胶水或AB双管胶将标尺与旋钮底面对接粘合。

刻度校准:
    用AUTOCAD或CAXA制图软件,作一直径约100mm的圆(直径大些,绘图时易于估计小数),点击“等分弧”,将圆周分为100等分,打印两份(当然也可手工用圆规和量角器完成此工作)。将其中一份按标尺长度为半径裁剪—个圆,临时粘合到面板上W1位置。将带标尺的旋钮固定到W1轴上,根据标线确定W1旋转的起点和终点位置,一般电位器旋转范围为0~253度,在绘制的等分圆周上约0~70.4格。
    打开发生器电源,让其工作一段时间预热稳定。将频率粗调开关K2置“×100挡”、波形选择开关K3置“1”档,在方波输出端接上数字万用表的“测频率档”,从“0”开始旋转W1,在频率的整数位记下标线指示的刻度值(如1KHz,17.3格等)并列出表格;在K3的另外两挡位重复上面工作。

绘制频率刻度:
    利用上面测绘的三个刻度表,在绘图软件窗口画出各刻度线。如果无条件使用计算机绘图,可利用绘制的等分圆周图和透明直尺手工绘制出三条频率刻度。
    将绘制的刻度盘粘合到面板上相应位置。在K3的各档位测试一遍刻度与输出频率的对应关系,你会发现,如果电容C1、C2、C3的数值准确的话,各档刻度与输出频率基本吻合,完全能满足业余使用的要求。至此,这台多波形发生器就完成了。

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