任意波形发生器是现代电子测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，它的功能远比函数发生器强，可以产生各种理想及非理想的波形信号，对存在的各种波雷达、导航、宇航等领域。形都可以模拟，广泛应用于测试、通信、雷达、导航、宇航等领域。

什么是波形发生器?

波形发生器是可以使用振荡器和脉冲电路产生正弦波，方波，三角波和锯齿波的电子电路。

本文将介绍不同的波形发生器，和如何设计波形发生器?

任意波形发生器的功能

任意波形发生器既具有其他信号源的信号生成能力，又可以通过各种编辑手段产生任意的波形采样数据，方便地合成其他信号源所不能生成的任意波形，从而满足测试和实验的要求。任意波形发生器的主要功能包括：

(1)函数发生功能

基础实验中，为了验证电路功能、稳定性和可靠性，需要给它施加理想波形，任意波形发生器能替代函数发生器提供正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形，还具有各种调制和扫频能力。利用任意波形发生器的这一基础功能就能满足一般实验的信号需求。

(2)任意波形生成

出于各种干扰的存在以及环境的变化，实际运行在实际电子环境中的设备，电路中往往存在各种信号缺陷和瞬变信号，例如过脉冲、尖峰、阻尼瞬变、频率突变等。任意波形发生器可以模拟这些特殊信号，以测试系统的实际性能。

(3)信号还原功能

在一些军事、航空等领域，有些电路运行环境很难估计，在设计完成之后，在现实环境中还需要更进一步的实验验证，而有些实验的成本很高或者风险性很大(如飞机试飞时发动机的运行情况)，人们不可能重复作实验来判断所设计产品的可行性和稳定性。此时，可以利用任意波形发生器的信号还原功能。在做一些高耗费、高风险实验时，可以通过数字示波器把现实中的实际波形记录下来，再通过计算机接口下载到任意波形发生器，通过任意波形发生器还原实验中的实际做进一步的实验验证工作。

施密特波形发生器

施密特反相器的输出状态与其输入状态(非门原理)的输出状态相反或相反，并且它可以在不同的电压电平下改变状态，从而使其具有“滞后”。施密特反相器使用施密特触发器动作，当输入电压信号在输入端子周围增加和减小时，该操作在上阈值电平和下阈值电平之间改变状态。该上阈值电平“设置”输出，下阈值电平“复位”输出，其分别等于逆变器的逻辑“0”和逻辑“1”。

CMOS施密特波形发生器

用于CMOS 40106的施密特波形发生器电路基本上与之前的TTL 74LS14逆变器相同，除了增加了10kΩ电阻，用于防止电容器损坏敏感MOSFET输入晶体管，因为它在较高频率下快速放电。

标记 - 空间比率更均匀大约1：1匹配，反馈电阻值增加到100kΩ以下，导致更小和更小r定时电容， C 。振荡频率可能与:( 1 / 1.2RC )不同，因为CMOS输入特性与TTL不同。电阻值介于：1kΩ和100kΩ之间，电容值介于： 1pF至100uF 之间。这将提供0.1Hz至100kHz之间的频率范围。

施密特反相器波形发生器也可以由连接的各种不同逻辑门构成逆变器电路。基本的施密特非稳态多谐振荡器电路可以通过一些额外的元件轻松修改，以产生不同的输出或频率。

NAND门波形发生器

施密特波形发生器也可以使用连接的标准CMOS逻辑NAND门来产生逆变器电路。这里，两个 NAND 门连接在一起，产生另一种 RC 张弛振荡器电路，它将产生如下所示的方波形输出波形。

在这种波形发生器电路中， RC 网络由电阻器 R1 和电容器 C 组成，此 RC 网络由第一个 NAND的输出控制门。此 R1C 网络的输出通过电阻器 R2 反馈到第一个 NAND 门的输入端，当电容器两端的充电电压反馈时达到第一个 NAND 门的上限阈值， NAND 门改变状态，导致第二个 NAND 门跟随它，从而改变状态和产生输出电平的变化。

R1C 网络上的电压现在反转，电容开始通过电阻放电，直到达到第一个电压的下阈值电平。 NAND 门使两个门再次改变状态。与上面的上述施密特波形发生器电路一样，振荡频率由 R1C 时间常数决定，时间常数为： 1 / 2.2R1C 。通常 R2 的值为电阻 R1 的10倍。

当需要高稳定性或保证自启动时，CMOS波形发生器可以使用三个反相 NAND 门或任何三个逻辑逆变器来制作，如下所示连接在一起产生一个有时被称为“三环”的电路波形发生器。振荡频率由 R1C 时间常数再次确定，与上面的两个门振荡器相同，并且当 1 / 2.2R1C > R2 的值是电阻值的10倍， R1 。

环形波形发生器

振荡频率取决于所使用的 Inverters 的总传播延迟在环内并且其本身由栅极技术的类型决定，即逆变器的TTL，CMOS，BiCMOS。传播延迟或传播时间是信号从到达输入端的逻辑“0”直接通过逆变器所需的总时间(通常以纳秒为单位)，产生逻辑“1”

对于这种类型的环形波形发生器电路，电源电压，温度和负载电容的变化都会影响逻辑门的传播延迟。通常，平均传播延迟时间将在制造商数据表中给出，使用的数字逻辑门类型的振荡频率如下：

其中：ƒ是振荡频率， n 是使用的门数， Tp 是每个门的传播延迟。

例如，假设一个简单的波形发生器电路有5个单独的逆变器串联连接在一起形成环振荡器，每个逆变器的传播延迟以 8ns 给出。那么振荡的频率将给出如下：

当然，这实际上并不是一个实际的振荡器它的不稳定性和非常高的振荡频率，10兆赫兹取决于所使用的逻辑门技术的类型，在我们的简单例子中它被计算为12.5MHz !!通过改变环内使用的 Inverters 的数量，可以稍微“调整”环形振荡器输出频率，但使用更稳定的 RC 波形发生器要好得多我们在上面讨论过的。

然而，它确实表明逻辑门可以连接在一起产生基于逻辑的波形发生器和设计糟糕的数字电路，有许多门，信号路径和反馈回路已知无意间振荡。

通过逆变器电路上的 RC 网络，可以精确控制振荡频率，从而产生更实用的非稳态振荡振荡器用于许多通用电子应用的电路。

波形发生器的制作

一、任务

设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。

二、要求

1.基本要求

(1)具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。

(2)用键盘输入编辑生成上述三种波形(同周期)的线性组合波形，以及由基波及其谐波(5次以下)线性组合的波形。

(3)具有波形存储功能。

(4)输出波形的频率范围为100Hz～20kHz(非正弦波频率按10次谐波计算);重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。

(5)输出波形幅度范围0～5V(峰-峰值)，可按步进0.1V(峰-峰值)调整。

(6)具有显示输出波形的类型、重复频率(周期)和幅度的功能。

2.发挥部分

(1)输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。

(2)用键盘或其他输入装置产生任意波形。

(3)增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%(负载电阻变化范围：100Ω～∞)。

(4)具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。

(5)可产生单次或多次(1000次以下)特定波形(如产生1个半周期三角波输出)。

(6)其它(如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>200kHz、扫频输出等功能)。