8．信号产生电路（题目分析与答疑）

8．信号产生电路
产生方波和三角波信号
输出频率范围：100kHz---500kHz（可调）
输出信噪比：>20dB
负载阻抗：50欧姆
输出信号幅度：-3V ~ +3V
电源标准：±5V，±12V，±24V
设计报告包括以下内容：
1．电路原理图
2．印制板图
3．电路工作原理
4 . 仿真


*********************分割线，李瑄于2014/12/20更新，题目点评*****************************
总的概念：
请参考模电第8章的知识。总的概念是振荡器设计

1. 模电前6章是讲基础和分析方法，后面几章都是讲应用；
2. 信号发生器的要点是：可调无稳态震荡，波形整形提高信噪比；
3. 需要用的的基本知识有：无稳态振荡器设计（可考虑采用晶体管或者运放均可）、可宽范围调节振荡频率（这个要求比较高，尤其是对于一般的一起发生三角波和方波的电路来讲，频率变了，内部可以直接取出的那个三角波幅度也变了，所以要想一种稳幅的方法）、波形整形（比较器、积分器）；

设计指标分析，请认真看完，这是一些基本知识的普及，以及帮助你理解电路

信号发生器设计要点（通用）

1. 可调节频率的振荡器的实现方式有：频率合成（太高端了），改变震荡条件（调节RC等）（好像有点靠谱）
2. 震荡器的产生有多种形式：总的原理都是用正反馈来震荡，具体的方法有：
3. 无稳态多谐振荡器——可以用两个晶体管相互对对方电容充放电，并正反馈实现（LTspice的education文件夹（示例电路里）有这么一个电路 astable.asc 可供参考），可用于产生基准震荡，后面还可以再整形嘛；
4. 用反相器+电容级联构成振荡器——因为反相器本身相当于高增益放大器，优点是电路构成很简单，缺点是振荡频率挺不稳定；
5. 用运放构成方波三角波振荡器——原理是迟滞比较+正反馈，不过由于运放会常常进入非线性区，所以速度会变慢，用箝位电路避免运放进入非线性区可以加速；

输出频率范围：100kHz---500kHz（可调）
1.可调看你怎么调了，一般是调电阻。当然你要是高大上一点，可以考虑用电压调，有两种途径，一种是通过电压调节阈值，另一种思路是用电压调节可变电阻，比如用MOS管工作于深线性区来模拟电阻的作用；

1. 100k到500k，有5倍相对带宽呢，说实话不好做。不过你可以考虑切成三档，每档内只有两倍以内的相对带宽，会好做很多；
2. 最高振荡频率要求到500kHz，较高，500kHz的震荡波形如果想要好看的话，对于运放的压摆率要求是较高的；当然也可以考虑用上述箝位电路避免运放里的管子被压入饱和区，来加速充放电；

负载阻抗：50欧姆，输出信号幅度：-3V ~ +3V

1. 负载阻抗比较小，所以设计时要考虑输出阻抗的要求。
2. 在取出三角波时，为了不影响电路工作，肯定要加入输出驱动来隔离取样点和输出端，当然，正好在这里，我们也可以加入波形整形的部分。
3. 输出信号幅度有要求，所以，这里肯定要有电路来放大输出已达到这么大的输出幅度喽；还要注意输出幅度的稳定性。稳幅在这里是个难点。

输出信噪比：>20dB

1. 信噪比=信号功率/噪声功率；这里的噪声主要是失真引起的；20dB=100倍功率比；
2. 总谐波失真功率(即THD)由各种非线性引起，常在频域用谐波总功率来分析计算。但这里算方波、三角波的信噪比，通过波形想减再计算平均功率更方便；
3. 低失真主要取决于设计高速的充放电电路（即增大输出的重放电电流来提高输出压摆率），以及避免过冲等，可采用噪声整形（比如初步产生的震荡波形可以再过一个比较器来产生较漂亮的方波）来实现。对于三角波低失真主要采用增大RC充放电时间常数来使得充电曲线尽可能直，但这会一定程度上牺牲输出幅度，需要折中设计；

在实际设计上，若遇到什么问题，欢迎在下面积极提问~
若是仿真问题，请移步此贴提问：模拟电路仿真，推荐LTspice。简介，教程资料，以及答疑
本题在仿真中，可能会遇到的问题大概有：

1. 输出信号与理想输出信号想减，并计算总谐波失真功率；
2. 调节输出频率，可以采用 .step param X 指令来自动调节某元件参数{X}，并多次仿真