任意波形發生器是現代電子測試領域應用最為廣泛的通用儀器之一，它的功能遠比函數發生器強，可以產生各種理想及非理想的波形信號，對存在的各種波雷達、導航、宇航等領域。形都可以模擬，廣泛應用于測試、通信、雷達、導航、宇航等領域。

什么是波形發生器?

波形發生器是可以使用振蕩器和脈沖電路產生正弦波，方波，三角波和鋸齒波的電子電路。

本文將介紹不同的波形發生器，和如何設計波形發生器?

任意波形發生器的功能

任意波形發生器既具有其他信號源的信號生成能力，又可以通過各種編輯手段產生任意的波形采樣數據，方便地合成其他信號源所不能生成的任意波形，從而滿足測試和實驗的要求。任意波形發生器的主要功能包括：

(1)函數發生功能

基礎實驗中，為了驗證電路功能、穩定性和可靠性，需要給它施加理想波形，任意波形發生器能替代函數發生器提供正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形，還具有各種調制和掃頻能力。利用任意波形發生器的這一基礎功能就能滿足一般實驗的信號需求。

(2)任意波形生成

出于各種干擾的存在以及環境的變化，實際運行在實際電子環境中的設備，電路中往往存在各種信號缺陷和瞬變信號，例如過脈沖、尖峰、阻尼瞬變、頻率突變等。任意波形發生器可以模擬這些特殊信號，以測試系統的實際性能。

(3)信號還原功能

在一些軍事、航空等領域，有些電路運行環境很難估計，在設計完成之后，在現實環境中還需要更進一步的實驗驗證，而有些實驗的成本很高或者風險性很大(如飛機試飛時發動機的運行情況)，人們不可能重復作實驗來判斷所設計產品的可行性和穩定性。此時，可以利用任意波形發生器的信號還原功能。在做一些高耗費、高風險實驗時，可以通過數字示波器把現實中的實際波形記錄下來，再通過計算機接口下載到任意波形發生器，通過任意波形發生器還原實驗中的實際做進一步的實驗驗證工作。

施密特波形發生器

施密特反相器的輸出狀態與其輸入狀態(非門原理)的輸出狀態相反或相反，并且它可以在不同的電壓電平下改變狀態，從而使其具有“滯后”。施密特反相器使用施密特觸發器動作，當輸入電壓信號在輸入端子周圍增加和減小時，該操作在上閾值電平和下閾值電平之間改變狀態。該上閾值電平“設置”輸出，下閾值電平“復位”輸出，其分別等于逆變器的邏輯“0”和邏輯“1”。

CMOS施密特波形發生器

用于CMOS 40106的施密特波形發生器電路基本上與之前的TTL 74LS14逆變器相同，除了增加了10kΩ電阻，用于防止電容器損壞敏感MOSFET輸入晶體管，因為它在較高頻率下快速放電。

標記 - 空間比率更均勻大約1：1匹配，反饋電阻值增加到100kΩ以下，導致更小和更小r定時電容， C 。振蕩頻率可能與:( 1 / 1.2RC )不同，因為CMOS輸入特性與TTL不同。電阻值介于：1kΩ和100kΩ之間，電容值介于： 1pF至100uF 之間。這將提供0.1Hz至100kHz之間的頻率范圍。

施密特反相器波形發生器也可以由連接的各種不同邏輯門構成逆變器電路。基本的施密特非穩態多諧振蕩器電路可以通過一些額外的元件輕松修改，以產生不同的輸出或頻率。

NAND門波形發生器

施密特波形發生器也可以使用連接的標準CMOS邏輯NAND門來產生逆變器電路。這里，兩個 NAND 門連接在一起，產生另一種 RC 張弛振蕩器電路，它將產生如下所示的方波形輸出波形。

在這種波形發生器電路中， RC 網絡由電阻器 R1 和電容器 C 組成，此 RC 網絡由第一個 NAND的輸出控制門。此 R1C 網絡的輸出通過電阻器 R2 反饋到第一個 NAND 門的輸入端，當電容器兩端的充電電壓反饋時達到第一個 NAND 門的上限閾值， NAND 門改變狀態，導致第二個 NAND 門跟隨它，從而改變狀態和產生輸出電平的變化。

R1C 網絡上的電壓現在反轉，電容開始通過電阻放電，直到達到第一個電壓的下閾值電平。 NAND 門使兩個門再次改變狀態。與上面的上述施密特波形發生器電路一樣，振蕩頻率由 R1C 時間常數決定，時間常數為： 1 / 2.2R1C 。通常 R2 的值為電阻 R1 的10倍。

當需要高穩定性或保證自啟動時，CMOS波形發生器可以使用三個反相 NAND 門或任何三個邏輯逆變器來制作，如下所示連接在一起產生一個有時被稱為“三環”的電路波形發生器。振蕩頻率由 R1C 時間常數再次確定，與上面的兩個門振蕩器相同，并且當 1 / 2.2R1C > R2 的值是電阻值的10倍， R1 。

環形波形發生器

振蕩頻率取決于所使用的 Inverters 的總傳播延遲在環內并且其本身由柵極技術的類型決定，即逆變器的TTL，CMOS，BiCMOS。傳播延遲或傳播時間是信號從到達輸入端的邏輯“0”直接通過逆變器所需的總時間(通常以納秒為單位)，產生邏輯“1”

對于這種類型的環形波形發生器電路，電源電壓，溫度和負載電容的變化都會影響邏輯門的傳播延遲。通常，平均傳播延遲時間將在制造商數據表中給出，使用的數字邏輯門類型的振蕩頻率如下：

其中：?是振蕩頻率， n 是使用的門數， Tp 是每個門的傳播延遲。

例如，假設一個簡單的波形發生器電路有5個單獨的逆變器串聯連接在一起形成環振蕩器，每個逆變器的傳播延遲以 8ns 給出。那么振蕩的頻率將給出如下：

當然，這實際上并不是一個實際的振蕩器它的不穩定性和非常高的振蕩頻率，10兆赫茲取決于所使用的邏輯門技術的類型，在我們的簡單例子中它被計算為12.5MHz !!通過改變環內使用的 Inverters 的數量，可以稍微“調整”環形振蕩器輸出頻率，但使用更穩定的 RC 波形發生器要好得多我們在上面討論過的。

然而，它確實表明邏輯門可以連接在一起產生基于邏輯的波形發生器和設計糟糕的數字電路，有許多門，信號路徑和反饋回路已知無意間振蕩。

通過逆變器電路上的 RC 網絡，可以精確控制振蕩頻率，從而產生更實用的非穩態振蕩振蕩器用于許多通用電子應用的電路。

波形發生器的制作

一、任務

設計制作一個波形發生器，該波形發生器能產生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形。

二、要求

1.基本要求

(1)具有產生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能。

(2)用鍵盤輸入編輯生成上述三種波形(同周期)的線性組合波形，以及由基波及其諧波(5次以下)線性組合的波形。

(3)具有波形存儲功能。

(4)輸出波形的頻率范圍為100Hz～20kHz(非正弦波頻率按10次諧波計算);重復頻率可調，頻率步進間隔≤100Hz。

(5)輸出波形幅度范圍0～5V(峰-峰值)，可按步進0.1V(峰-峰值)調整。

(6)具有顯示輸出波形的類型、重復頻率(周期)和幅度的功能。

2.發揮部分

(1)輸出波形頻率范圍擴展至100Hz～200kHz。

(2)用鍵盤或其他輸入裝置產生任意波形。

(3)增加穩幅輸出功能，當負載變化時，輸出電壓幅度變化不大于±3%(負載電阻變化范圍：100Ω～∞)。

(4)具有掉電存儲功能，可存儲掉電前用戶編輯的波形和設置。

(5)可產生單次或多次(1000次以下)特定波形(如產生1個半周期三角波輸出)。

(6)其它(如增加頻譜分析、失真度分析、頻率擴展>200kHz、掃頻輸出等功能)。