一、综合设计实验题目和要求

本实验主要内容为：
设计一个能产生正弦波、方波和三角波的信号发生器（不要使用集成信号发生器芯片），要求信号发生器任意时刻只有一种波形输出，且波形频率和幅度可调。

二、总体方案设计

分析题目要求，得出本设计可以分为六个模块：

第一部分：实现正弦波信号发生器，可利用文氏电桥振荡电路；

第二部分：实现方波信号发生器，使用迟滞比较器、RC积分电路，正反馈组成的网络；

第三部分：实现三角波信号发生器，将方波信号发生器的RC积分电路替代为积分运算电路作为延时环节，可以得到按线性规律变换的三角波；同时为满足正反馈，将积分电路的输出接到迟滞比较器的同相输入端；

第四部分：实现输出信号的调幅功能，有两种方案，一是用利用滑动变阻器的分压，二是使用变压器。由于滑动变阻器有最大输出幅度，尽管方便调节，但不一定能够符合实际需求，因此选择使用变压器；

第五部分：实现输出信号的调频功能，分析原理可以得出，三个信号发生电路的输出信号频率均与时间常数RC有关，因此可以固定三个信号发生电路输出频率公式中除RC以外的部分相同，就可以使用单一键来控制三个信号的输出频率

第六部分：实现单一时刻只有一种信号输出，使用单刀四掷开关，分别对应无输出、正弦波输出、方波输出、三角波输出

三、详细设计

1、系统原理图

图一：整机电路图
注：A用于调节频率，幅度需要手动通过调节变压器匝数比调节

2、设计说明

下面是各个模块的具体设计

2.1正弦波发生器

图2：正弦波信号发生器

采用文氏电桥电路
其中R11=R13为可变电阻用于调频，C3=C4=0.1uF，R11,R13,C3,C4构成RC串并联选频网络，其选频特性为：

起振条件为：
Rf>=2R3

2.2方波信号发生器

图3：方波信号发生器

迟滞比较器用来实现高低电平两种状态，滑动变阻器和C实现时间延迟，R2使电路形成正反馈，谐振频率为：
f=1/2RCln(1+2R1/R4)

为使方波发生器输出的频率与正弦波一致，有：
R1/R4=1.8
取R4=10kΩ，则有R1=1.8kΩ

2.3三角波发生器

图4：三角波信号发生器

将方波信号发生器的RC积分电路替代为积分运算电路作为延时环节，可以得到按线性规律变换的三角波；同时为满足正反馈，将积分电路的输出接到迟滞比较器的同相输入端
f=R3/4RCR2
满足与前两个电路频率相等，可得：
R3/R2=1/pi

2.4输出模块

图5：输出模块电路

由单刀四掷开关和变压器组成，单刀四掷开关用来切换输出波形，变压器用于调节输出信号的幅度

四、实验结果和分析

1、 仿真调试结果

1.1正弦波输出

图6：正弦波信号输出波形

1.2方波信号输出

图7：方波信号输出波形

1.3三角波信号输出

图8：三角波信号输出波形

2、结果分析

初始参数得到的输出信号T=6.338ms
观察波形可得，通过键A调节可变电阻可以调节输出信号的频率，且三种输出波形的频率调节是同步的，即切换开关不会改变输出信号的频率。通过手动调节变压器的匝数比来改变输出电压

误差分析：
RC振荡电路稳定需要一定的时间，需要等电路稳定时再观察波形

五、总结和建议

该设计电路还有很大的提升空间，例如：如何快捷地改变变压器的匝数比使调节输出振幅更加方便，如何通过调节各个电路的参数使得输出的振幅也能够保持一致，由于时间关系不再继续深入。