原创 纪念2021年全国大学生电子设计竞赛的选拔赛--多信号发生器

废话不多说，先上题目 

使用题目指定的通用板、一片CD4001和一片通用双运放TL082CP，设计制作一个频率可变的多信号发生器，如下图所示。多信号发生器电路可同时输出方波、占空比连续可调的脉冲波、正弦波和余弦波共四种波形。给出方案设计、详细电路图和现场自测数据波形(一律手写、2个同学签字、注明编组号)，与焊接完成的通用板作品一同上交。

多信号发生器，题目不陌生，在比赛之前我将全国大学生电子设计大赛的培训网（http://www.nuedc-training.com.cn）的资料看了个七七八八，虽然大部分视频里面的老师都没讲重点，但是还是有小部分干货的，其中就有一个综合测评题，就是对多信号发生器进行讲解，大家可能在网上搜索也能找到关于这道题的文档ppt啥的资料（毕竟电赛的时候是能够联网的，当然官网的文档资料更加可信，点进培训网--培训资料--电子书--综合测评题目解析与交流就能找到PPT，还有视频讲解，但是忘记具体是哪个视频了），但是提前看过视频讲解，当时就觉得稳了。

具体的比赛题目还是有所不同，之前的综合测评题是用四运放四与非门设计信号，而比赛题的难度加大，用双运放四或非门来设计，减少了一半的运放怎么实现所有的功能？

干货上来：

首先需要设计的就是方波，方波是比较容易设计的一种波形，而且通过方波可以演化出各种波形。

运放不够，门电路来凑，用非对称式多谐振荡器生成方波是这个题目中最好的选择，1.用对称式生成方波的弊端在于，在实际搭建电路过程中要求电阻电容严格对称是不现实的，但是如果不对称的话会对电路产生较大的影响和噪声。2.用1个运放也能设计方波，具体资料可以查一查运算放大器基础电路-矩形波发生电路，但是这个题目我损失不起运放啊。

用两个或非门构成非对称式多谐振荡器的方案比较理想，具体电路啥的我手上也没有备份，当时考试的时候全都上交了，大家可以上网搜索一下，电路结构非常简单，原理其实也不需要过多了解（如果只是想参加比赛的话），只要知道一下电路的工作频率的表达式，看一下影响工作频率的是哪几个电阻电容，为之后的测评打下基础。

方波完了当然是窄冲脉波，与方波最大的区别就是占空比可调，要是运放多一点的话，用运放设计的矩形波发生电路可以把两个波形都搞定，但是最后的正弦余弦实在离不开运放T_T，所以还是用门电路来解决。用单稳态电路生成窄脉冲，千万别忘记微分电路啊，用电阻电容构成微分电路来实现窄脉冲啥的，这一块我也不是特别清楚，当时比赛的时候就没弄出来，评委老师说我差一个微分电路，但是我也不知道差在哪里了

然后最重要的出场了，正弦波的设计。方波怎么变成正弦波呢？大家应该学过傅里叶级数吧，所有的信号都可以用傅里叶级数分解，不知道咋插入公式的我又叹了一口气，大家凑合凑合搜索一下方波的傅里叶级数表达式，就能够发现，方波其实可以分解成无数个正弦波的和，只要我们保留其中一个正弦波，把其他所有的正弦波滤掉不就得到了正弦波。因此我设计了一个低通滤波器，保留基波正弦，滤掉其他的正弦信号。此时，运放就很重要了。无源滤波器实在是性能比较差，不能放大不说，还容易自感啥的出现噪音，所以一定一定要用有源滤波器啊，不然到时候实际电路波形失真到你想哭。由于咱们运放太少，所以正弦波只能用一个运放，一个运放最多只能搭建一个二阶低通滤波器，虽然这样也能出波形，但是高要求的我们想要精度更好的波形怎么办？没事，运放不够，电感电容来凑。用电感电容搭建一个一阶无源滤波器，然后与二阶有源滤波器串联在一起，不就是一个三阶低通滤波器了吗。阶数越高，滤波效果就越好。具体怎么串联，怎么设计滤波器的电阻电容电感值，指路（电子设计基础-课程详情-全国大学生电子设计竞赛培训网 (nuedc-training.com.cn)），这个老师讲的课干货满满，一定要听。

最后的余弦就很简单了，只要把正弦进行相移就能得到余弦了，具体原理就是积分电路生成正交信号，网上也有很多介绍，这一部分就不赘述了。

然后说一下这次比赛的感想吧

好了，这次就讲这么多，感觉自己罗里吧嗦的，哈哈哈哈哈，以后我也争取把我的各种学习经验发出来，希望不要是几分钟热度