簡易多波形信號發(fā)生器電路設計

　　信號發(fā)生器在電子實驗中作為信號源，通常用得多的是正弦波、三角波、方波以及用作觸發(fā)信號的脈沖波。本次制作的是能產生九種波形的信號發(fā)生器。
　　
　　設計目標是簡單易制、工作可靠、信號頻率在音頻范圍連續(xù)可調，即20Hz～20KHz，輸出信號電壓能與TTL電平兼容。
　　
　　電路中采用了兩塊CMOS數(shù)字集成電路74C04（內含六個反相器）和74C14（內含六個帶施密特電路的反相器）。
　　
　　電路見圖1，由反相器IC1的a、b、c三個并連，和電阻W1+R1、電容C1、C2、C3構成振蕩器以產生三角波，振蕩頻率計算公式為f=1/1.7RC。振蕩頻率分為×10、×100、×1k三段、用開關K2改變接入的電容量粗調頻率，由電位器W1細調20~200Hz、200~2kHz、2k~20kHz，覆蓋音頻頻段。三角波經射極跟隨器T2輸出，約3VP-P。此三角波經施密特觸發(fā)器IC2a整形為方波，再經IC2b~f并聯(lián)輸出（多個門電路并聯(lián)以提高驅動能力），其電平兼容TTL。IC1d、IC1e~f構成兩級線性放大器，用于將三角波整形為模擬正弦波，原理是利用放大器飽和將三角波的限幅為圓形，再經射極跟隨器T1輸出，約6.5VP-P。當波形選擇開關K3將電阻R2和二極管D1或D2接入電路時，輸出的方波被整流為正電壓或負電壓加到三角波發(fā)生器的輸入端，構成壓控振蕩器（VCO），從而獲得極性不同的鋸齒波或脈沖波，脈沖寬度取決于電阻R2和積分電容的大小。如此構成一個實用的多波形信號發(fā)生器，開關K3是波形選擇開關，其位置與波形的關系見附表。　　
　　積分電容C1、C2、C3選用溫度特性好的薄膜電容，容量值要求準確，每組電容器由兩個電容器并聯(lián)以得到需要的數(shù)值，需用數(shù)字萬用表的電容檔精選，才能保證三條頻率刻度的—致性。電容C4、C5一定要用無極性電容，可用兩個4.7μ有極性電介電容同極性串連代替。電容C6、C7用鉭電介。圖1中未注明電壓的電容器均選用50V。頻率細調電位器W1選用金屬殼全密封碳膜電位器，選用阻值變化為線性（即型號后綴帶有“X”）的。開關K2、K3選用小型—刀三位波段開關。9V直流穩(wěn)壓電源選用小電流的三端穩(wěn)壓集成電路78L09。六施密特觸發(fā)器74C14也可用HEF40106直接代換。
　　
　　由于采用低耗電的C-MOS電路，本機也可用9V積層電地供電。
　　
　　電路制作完成后需要調整的只有正弦波形。有示波器時可在示波器監(jiān)視下調整微調電阻W2、W3，使波形zui接近正弦波；無示波器時，可將正弦波輸出接到家用音頻功放的輸入端，頻率調整到數(shù)百周，調W2、W3使聲音zui悅耳即可。
　　
　　制作難點是面板上的頻率刻度盤的繪制及校準。下面詳細介紹：
　　
　　讀數(shù)標尺的制作：
　　
　　讀數(shù)標尺與頻率細調電位器W1的旋鈕為—體。選擇一塊無劃痕的透明板（如薄有機玻璃板或CD盒蓋），接圖2裁取—塊，其長度以面板能容納的半徑為限（長些為好），作為標尺，經過圓心用針尖刻一直線槽，在槽中涂上紅色墨水，形成一條紅線，作為讀數(shù)標線；用502膠水或AB雙管膠將標尺與旋鈕底面對接粘合。
　　
　　刻度校準：
　　
　　用AUTOCAD或CAXA制圖軟件，作一直徑約100mm的圓（直徑大些，繪圖時易于估計小數(shù)），點擊“等分弧”，將圓周分為100等分，打印兩份（當然也可手工用圓規(guī)和量角器完成此工作）。將其中一份按標尺長度為半徑裁剪—個圓，臨時粘合到面板上W1位置。將帶標尺的旋鈕固定到W1軸上，根據標線確定W1旋轉的起點和終點位置，一般電位器旋轉范圍為0~253度，在繪制的等分圓周上約0~70.4格。
　　
　　打開發(fā)生器電源，讓其工作一段時間預熱穩(wěn)定。將頻率粗調開關K2置“×100擋”、波形選擇開關K3置“1”檔，在方波輸出端接上數(shù)字萬用表的“測頻率檔”，從“0”開始旋轉W1，在頻率的整數(shù)位記下標線指示的刻度值（如1KHz，17.3格等）并列出表格；在K3的另外兩擋位重復上面工作。
　　
　　繪制頻率刻度：
　　
　　利用上面測繪的三個刻度表，在繪圖軟件窗口畫出各刻度線。如果無條件使用計算機繪圖，可利用繪制的等分圓周圖和透明直尺手工繪制出三條頻率刻度。
　　
　　將繪制的刻度盤粘合到面板上相應位置。在K3的各檔位測試一遍刻度與輸出頻率的對應關系，你會發(fā)現(xiàn)，如果電容C1、C2、C3的數(shù)值準確的話，各檔刻度與輸出頻率基本吻合，完滿足業(yè)余使用的要求。至此，這臺多波形發(fā)生器就完成了。