简易多波形信号发生器电路设计 - 全文

　　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。

　　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。