信号发生器设计报告.docx
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信号发生器设计报告
序号(学号):
1223000101
吉林建筑大学城建学院
课程设计报告
信号发生器的设计
姓名
宋丽萍
系
电气信息工程系
专业
电子信息工程
班级
电子12-1
指导教师
雷艳敏(副教授)
2013
年
12
月
27
日
摘要
信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。
采用集成运放和分立元件相结合的方式,利用迟滞比较器电路产生方波信号,以及充分利用差分电路进行电路转换,从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。
通过对电路分析,确定了元器件的参数,并利用仿真软件仿真电路的理想输出结果,克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题,使得设计的低频信号发生器结构简单,实现方便。
本设计是信号发生器的设计,主要由比较器、积分器构成,它能产生频率范围为1KHZ~10KHZ内的方波、三角波、正弦波。
关键词:
方波;正弦波;三角波;信号发生器
ABSTRACT
Signalgeneratoriswidelyusedinelectronicsengineering,communicationengineering,automaticcontrol,remotecontrol,measuringinstrument,instrumentandcomputertechnology.Usingintegratedop-ampandthewayofthecombinationofdiscretecomponent,usinghysteresiscomparatorcircuittoproducesquarewavesignal,andmakefulluseofthedifferentialcircuittoconvertthecircuit,soastodesignacantransformasimpletrianglewave,sinewaveandsquarewavesignalgenerator.Basedoncircuitanalysis,todeterminetheparametersofthecomponents,andbyusingsimulationsoftwaresimulationcircuitoftheidealoutput,overcomesthelowfrequencysignalgeneratorcircuitdesignoftechnicalproblems,makesthedesignofthelowfrequencysignalgeneratorhassimplestructure,easytoimplement.
Thisdesignisthedesignofthesignalgenerator,mainlybythecomparator,integrator,differentialamplifier,itcanproducewithinthefrequencyrangeof1KHZ~10KHZsquarewave,trianglewave,sinewave.
KeyWords:
squarewave;Sinewave;Trianglewave.Signalgenerator
第1章前言
1.1绪论
凡是产生测试信号的仪器,统称为信号源,也称为信号发生器,它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。
信号源可以根据输出波形的不同,划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。
正弦信号是使用最广泛的测试信号。
这是因为产生正弦信号的方法比较简单,而且用正弦信号测量比较方便。
正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。
信号发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。
其电路中使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也可以是集成电路(如单片集成电路函数发生器ILC8038)。
本设计主要由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
1.2设计目的
(1)掌握常用元器件的识别,测试和使用方法。
(2)学会运用Muiltisim仿真软件对所做出的理论设计进行仿真测试
1.3设计意义
多功能信号发生器是现代测试领域内最为广泛的通用仪器之一,在研制测试,生产和维修各种电子原件,部件以及整机设备时,都需要有信号源由它产生不同频率不同波形的电压,电流信号并加到被测器件或设备上,用其他仪器观察,测量被测仪器的输出反应,以分析确定他们的性能参数,信号发生器是电子测量领域中最基本,应用最广泛的一类的电子仪器。
它可以产生多种波形信号,广泛用于通讯,雷达,导航,领航等领域。
第2章信号发生器的设计原理
2.1原理框图
2.2信号发生器的原理图
2.2.1矩形波发生电路及工作原理
如下图所示,在接通电源的瞬间,设输出电压偏向于正饱和值,即Vo=+Vz时,加到比较器同相端的电压为+FVz,而加于反相端的电压,由于电容器C上的电压Vc不能突变,只能由输出电压Vc通过电阻Rf按指数规律向C充电来建立,充电电流为i+。
显然,当加到反相端的电压Vc略正于+FVz时,输出电压便立即从正饱和值(+Vz)迅速翻转到负饱和值(-Vz),又通过Rf对C进行反向充电,充电电流为i-。
直到Vc略负于-FVz值时,输出状态在翻转回来。
如此循环不已,形成一系列的矩形波输出。
矩形波发生电路原理图:
图2-1矩形波发生电路
2.2.2正弦波发生电路及工作原理
图示为RC桥式正弦波振荡器。
其中RC串、并联电路构成正反馈支路,同时兼作选频网络,R3、R4、R5及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。
调节电位器RW,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形。
利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。
D1、D2采用硅管(温度稳定性好),且要求特性匹配,才能保证输出波形正、负半周对称。
R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响,以改善波形失真。
电路的振荡频率:
(式2.2.1)
起振的幅值条件:
调整反馈电阻R5,使电路起振,且波形失真最小。
如不能起振,则说明负反馈太强,应适当加大Rf。
如波形失真严重,则应适当减小Rf。
改变选频网络的参数C或R,即可调节振荡频率。
矩形波发生电路:
起振的幅值条件为:
(式2.2.2)
图2-2正弦波发生电路
3.2.3三角波发生电路及工作原理:
图2-3中集成运放A1组成滞回比较器,A2组成积分电路。
滞回比较器输出的矩形波加在积分电路的反向输入端,而积分电路输出的三角波又接到滞回比较器的同相输入端,控制滞回比较器输出的状态发生跳变,从而在A2的输出端得到周期性三角波。
图2-3三角波发生电路
2.2.4锯齿波发生电路及工作原理:
锯齿波发生器工作原理是利用以恒定速率对一个电容器充电,然后利用一个开关让电容快速放电,就可产生一个锯齿波。
比较器属于信号处理的一种,他的作用是将输入信号的电平进行比较,然后把比较的结果输出。
实验采用的迟滞比较器的特点是:
单输入增大及减少时,两种情况下的门限电压不相等,传输特性呈现出“滞回”曲线的形状。
由相同输入迟滞比较机器,A1和充放电时间常数不等的积分器A2组成。
当电源接通时,V01=-VZ,-VZ经R6向C充电,当VO升到VT+使VP1=VN1,比较器输出V01由-VZ上跳到+VZ,门限电压下跳至VT-.V01=+VZ经R6和D,R5两支路向C反向充电,由于时间常数减小,V0迅速下降到负值,VO下降到门限电压VT-使VD1约等于VN1时,比较器输出V01又由+VZ下跳到-VZ,周而复始,产生震荡。
输出电压表达式
(式2.2.2)
图2-4锯齿波发生电路
第3章仿真电路分析
本设计采用的是软件Mulitisim10.0来进行的仿真,Mulitisim的前身为EWB(ElectronicsWorkbench)软件。
它以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点,早在20世纪90年代初就在我国得到迅速推广,并作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。
世纪初,21EWB5.0更新换代推出
EWB6.0,并更名为Mulitisim2001;2003年升级为Mulitisim7.0;2005年发布Mulitisim8.0时其功能已十分强大,能胜任电路分析、模拟电路、数字电路、高频电路、RF电路、电力电子及自动控制原理等个方面的虚拟仿真,并提供多达18种基本分析方法。
首先按照信号发生器的设计原理图在仿真软件中连接原理图,并连接原理图的过程中注意元件的参数设置,在Mulitisim10.0仿真软件中连接好原理图后,设置好参数,经过电气规则检测无误,然后用示波器检测输入端输出波形。
3.1矩形波波形
矩形波波形仿真如图3-1-1所示,方波波形的频率
≈1KHz,峰峰值
≈24V。
图3-1-1矩形波仿真图
图3-1-2矩形波波形
3.2三角波波形
三角波波形仿真如图3-2-1所示,三角波波形的频率
≈1KHz,峰峰值
≈6V。
图3-2-1三角波仿真图
图3-2-2三角波波形
3.3正弦波波形
正弦波波形仿真如图3-3-1所示,正弦波波形的频率
≈1.5KHz,峰峰值
≈1V。
图3-3-1正弦波仿真图
图3-3-2正弦波波形
3.4锯齿波波形:
图3-4-1锯齿波仿真图
图3-4-2
总结
在这次的课程设计快要结束的时候,我才深深的感觉到自己学习上的不足,在这段时间,我依然学会了许多东西。
让我了解到在模拟电子电路中,常常需要各种波形的信号,如正弦波,矩形波,三角波和锯齿波等,作为测试信号或控制信号。
为了使所采集的信号能够用于测量,控制,驱动负载或送入计算机,常常将信号进行变号,如将电压变为电流,将电流变为电压,将电压变换频率与之成正比的脉冲。
在此次实习中我学到了很多犹如怎么样用Muilisim仿真软件,虽然还不太熟练,但是却教会了我独立完成,让我独立思考。
总之,在这两周当中,我深深的感到了自己学习上的不足,以后,我要加倍努力学习专业知识,丰厚我的知识
。
参考文献
(1)康华光.电子技术基础--模拟部分第五版.高等教育出版社1998
(2)谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版).华中科技大学出版社2000
(3)电子电路大全(合定本).中国计量出版社1991
(4)童诗白华成英主编《电子技术基础-模拟电子技术》P402-461页高等教育出版社出版2004年7月出版(非正弦信号产生电路)
(5)陈晓文主编《电子线路课程设计》P129-P133页(函数发生器的设计)电子工业出版社出版2004年8月出版
(6)张宪、何宇斌主编《电子电路制作指导》P151-161化学工业出版社出版2006年1月第一版(振荡电路)
致谢
历时两周的模电设计已经告一段落,在此,我对帮助过我的老师,同学表示感谢。
本论文的产出得到了我们的指导教师雷老师的悉心指导,从课题的确定到设计的完成都离不开她的指导。
雷老师平易近人的风格、严谨的治学态度、丰富的学识、对工作孜孜不倦的追求不仅让我在学业上跃了一个新的台阶,更加让我懂得了人生的许多道理,将让我受益终生。
附录1整机原理图
附录2(器件清单)
序号
名称
型号
数量
1
集成运放器
OP-07
2
2
电容
1UF
1
3
电阻R1,R2,
10K
2
4
电阻R3,R4,R6
1.5K
3
5
电阻R5
56K
1
6
导线
————
若干
7
电烙铁
————
1
8
焊锡
————
若干
9
万用表
————
1
10
万用电路板
————
1
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