測試測量設(shè)計實例（一）

一、簡易多波形信號發(fā)生器電路設(shè)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(chǎn)生九種波形的信號發(fā)生器。

　　設(shè)計目標(biāo)是簡單易制、工作可靠、信號頻率在音頻范圍連續(xù)可調(diào)，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(nèi)含六個反相器）和74C14（內(nèi)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(gòu)成振蕩器以產(chǎn)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(guān)K2改變接入的電容量粗調(diào)頻率，由電位器W1細調(diào)20~200Hz、200~2kHz、2k~20kHz，覆蓋音頻頻段。三角波經(jīng)射極跟隨器T2輸出，約3VP-P。此三角波經(jīng)施密特觸發(fā)器IC2a整形為方波，再經(jīng)IC2b~f并聯(lián)輸出（多個門電路并聯(lián)以提高驅(qū)動能力），其電平兼容TTL。IC1d、IC1e~f構(gòu)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尖端限幅為圓形，再經(jīng)射極跟隨器T1輸出，約6.5VP-P。當(dāng)波形選擇開關(guān)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(gòu)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(gòu)成一個實用的多波形信號發(fā)生器，開關(guān)K3是波形選擇開關(guān)，其位置與波形的關(guān)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(zhǔn)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(diào)電位器W1選用金屬殼全密封碳膜電位器，最好選用阻值變化為線性（即型號后綴帶有“X”）的。開關(guān)K2、K3選用小型—刀三位波段開關(guān)。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(diào)整的只有正弦波形。有示波器時可在示波器監(jiān)視下調(diào)整微調(diào)電阻W2、W3，使波形最接近正弦波；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(diào)整到數(shù)百周，調(diào)W2、W3使聲音最悅耳即可。

　　制作難點是面板上的頻率刻度盤的繪制及校準(zhǔn)。下面詳細介紹：

　　讀數(shù)標(biāo)尺的制作：

　　讀數(shù)標(biāo)尺與頻率細調(diào)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(biāo)尺，經(jīng)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(biāo)線；用502膠水或AB雙管膠將標(biāo)尺與旋鈕底面對接粘合。

　　刻度校準(zhǔn)：

　　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(dāng)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(biāo)尺長度為半徑裁剪—個圓，臨時粘合到面板上W1位置。將帶標(biāo)尺的旋鈕固定到W1軸上，根據(jù)標(biāo)線確定W1旋轉(zhuǎn)的起點和終點位置，一般電位器旋轉(zhuǎn)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(yù)熱穩(wěn)定。將頻率粗調(diào)開關(guān)K2置“×100擋”、波形選擇開關(guān)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(zhuǎn)W1，在頻率的整數(shù)位記下標(biāo)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(fù)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(yīng)位置。在K3的各檔位測試一遍刻度與輸出頻率的對應(yīng)關(guān)系，你會發(fā)現(xiàn)，如果電容C1、C2、C3的數(shù)值準(zhǔn)確的話，各檔刻度與輸出頻率基本吻合，完全能滿足業(yè)余使用的要求。至此，這臺多波形發(fā)生器就完成了。