電子通信專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作.doc

信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作【摘 要】信號(hào)發(fā)生器廣泛應(yīng)用于電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。采用集成運(yùn)放和分立元件相結(jié)合的方式，利用遲滯比較器電路產(chǎn)生方波信號(hào)，以及充分利用差分電路進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，從而設(shè)計(jì)出一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器。通過對(duì)電路分析，確定了元器件的參數(shù)，并利用Multisim軟件仿真電路的理想輸出結(jié)果，克服了設(shè)計(jì)低頻信號(hào)發(fā)生器電路方面存在的技術(shù)難題，使得設(shè)計(jì)的低頻信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。該設(shè)計(jì)可產(chǎn)生低于100Hz的各波形輸出，并已應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)操作?！娟P(guān)鍵詞】信號(hào)發(fā)生器；方波信號(hào)；電路仿真；OP07;LM324Design and production of signal generator Author: Li nana Tutor: Jia jie 【Abstract】Signal generator is widely used in electronic engineering, communications engineering, automatic control, remote control, measuring instruments, meters and computer technology. Integrated operational amplifier and using a combination of discrete components, using hysteresis comparator circuit produces a square wave signal, and the full use of differential circuit circuit switching, which can change the design of a triangular wave, sine wave, square wave signal generator simple . Through the circuit analysis to determine the parameters of the components and use the ideal of Multisim circuit simulation software output, designed to overcome the low frequency signal generator circuit technical problems exist, making the design of the low frequency signal generator structure is simple and easy to achieve. The design can produce less than 100 Hz, the waveform output, and has been used in experimental operations.【The key words】pingers ； signal for the signals ； circuit simulation ； op07; lm324目 錄第1章 緒 論 .1.1 緒論.1.2 課題背景.1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.第2章 信號(hào)發(fā)生器方案選擇及原理框圖 2.1 原理框圖.2.2 信號(hào)發(fā)生器方案選擇.第3章 各部分電路設(shè)計(jì)及總電路圖3.1 方波發(fā)生電路的工作原理.3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理. 3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 .3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算 .第4章 Multisim電路仿真及仿真結(jié)果.第5章12V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì).第6章 總結(jié).致 謝 .參考文獻(xiàn) .附錄 .第1章 緒論1.1緒論能產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、方波、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻），視頻信號(hào)和脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要產(chǎn)生高頻振蕩器。作為基礎(chǔ)測(cè)量儀器的信號(hào)發(fā)生器隨著用戶的需求而不斷發(fā)展。信號(hào)源實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)掃頻示波器或合成信號(hào)源，并具有基本的調(diào)制功能?，F(xiàn)在是數(shù)字化時(shí)代，研發(fā)或其他人員對(duì)測(cè)量儀器是最基本的工具，測(cè)量儀技術(shù)指標(biāo)上也不斷提高。如精度高、工作頻帶寬、誤差小等。能夠滿足不同層次用戶的測(cè)試要求。近幾年，數(shù)字化儀器在迅速發(fā)展，我國也在不斷研究推出各種新型數(shù)字化儀器。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是利用AT89S51單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，但本次設(shè)計(jì)要求采用分立元件產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。電路的原理部分的設(shè)計(jì)，可以是先設(shè)計(jì)單元電路，然后用仿真軟件模擬，等到各個(gè)單元都設(shè)計(jì)完成后，再將各個(gè)單元結(jié)合到一起，由仿真軟件模擬是否符合制作要求。本次設(shè)計(jì)就是按照這樣的思路來進(jìn)行一步一步的分析：首先按照設(shè)計(jì)的方案選擇具體的元件，畫出仿真圖，并對(duì)仿真圖進(jìn)行調(diào)試，觀察效果并與課題要求的性能指標(biāo)作對(duì)比，最后分析出現(xiàn)誤差的原因以及影響因素。在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng)濟(jì)、最方便、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略1.2課題背景信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。信號(hào)發(fā)生器，它是一種用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電子儀器，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)它的要求越來越高。在工業(yè)生產(chǎn)和科研中利用信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)，可以對(duì)元器件的性能及參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，還可以對(duì)電工和電子產(chǎn)品進(jìn)行指數(shù)驗(yàn)證、參數(shù)調(diào)整及性能鑒定。常用的信號(hào)發(fā)生器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成的，當(dāng)這種模擬信號(hào)發(fā)生器用于低頻信號(hào)輸出往往需要的RC值很大，這樣不但參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，而且體積和功耗都很大，而由數(shù)字電路構(gòu)成的低頻信號(hào)發(fā)生器，雖然其低頻性能好但體積較大，價(jià)格較貴，因此，高精度，寬調(diào)幅，低價(jià)格將成為數(shù)字量信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)。信號(hào)發(fā)生器按其頻率的高低，可分為：超低頻信號(hào)發(fā)生器，低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器，超高頻信號(hào)發(fā)生器，微波信號(hào)發(fā)生器；按產(chǎn)生波形的不同，可分為：正弦波信號(hào)發(fā)生器，脈沖波函數(shù)波信號(hào)發(fā)生器，任意波信號(hào)發(fā)生器； 按調(diào)制方式的不同，可分為：調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器（FM）、調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器（AM），調(diào)相信號(hào)發(fā)生器（PM），脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生器；此外，還可以產(chǎn)生兩種或多種波形信號(hào)發(fā)生器。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器。要求：1、 頻率范圍：10-100HZ。2、 輸出電壓：方波Up-p1V。3、 幅值、頻率可調(diào)。第2章 信號(hào)發(fā)生器方案選擇及原理框圖2.1原理框圖2.2 信號(hào)發(fā)生器方案選擇信號(hào)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的信號(hào)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片信號(hào)發(fā)生器模塊)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，本課題中信號(hào)發(fā)生器電路組成框圖如上圖所示：由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。第3章 各部分電路設(shè)計(jì)及總電路圖3.1 方波發(fā)生電路的工作原理用遲滯比較器構(gòu)成的方波產(chǎn)生電路如圖3-1所示，圖中，R和C為定時(shí)元件，構(gòu)成積分電路它把輸出電壓反饋到集成運(yùn)算放大器的反向端，RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)。通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。比較器主要部件為uA741芯片（相關(guān)信息將在后續(xù)章節(jié)介紹）。當(dāng)Uo=UoH=+Uz時(shí),電容C充電，電流流向如圖3-1（a）所示，電容兩端電壓Uc不斷上升，而此時(shí)同相端電壓為上限門UT+。當(dāng)Uc UT+時(shí)，輸出電壓變?yōu)榈碗娖経o=UoL=-Uz,使同向端電壓變?yōu)橄孪揲T電壓UT-，然后電容C開始放電，電流流向如圖3-1（b）所示，電容上的電壓不斷降低，當(dāng)Uc降低到UcUT-時(shí)，Uo又變?yōu)楦唠娖経oH,電容又開始充電但是，上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 （a） （b） 圖3-1 方波產(chǎn)生電路3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理如果用線性積分電路代替方波產(chǎn)生電路的RC積分電路，則電容器兩端就可獲得理想的三角波輸出。其波形如圖3-3所示。若反饋網(wǎng)絡(luò)斷開，運(yùn)算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0 圖3-3 電路輸出波形時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則 （3-2-1） 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 (3-2-2)若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 (3-2-3)比較器的門限寬度 (3-2-4)反饋網(wǎng)絡(luò)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為 (3-2-5) 時(shí)， (3-2-6)時(shí)， (3-2-7)可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如圖3-2所示。反饋網(wǎng)絡(luò)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波、三角波。三角波的幅度為 (3-2-8) 方波-三角波的頻率f為 (3-2-9) 3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為： （3-3-1）式中 ：差分放大器的恒定電流（約為1mA）。：溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25時(shí)，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為 （3-3-2）式中Um：三角波的幅度。 T：三角波的周期。3.4電路的參數(shù)選擇及計(jì)算1 差分放大器元件參數(shù)確定輸出電壓為0.5=1/2=0.5V,取,則IcQ=0.5V/1K=0.5mA，,取,則, 得 。2 三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下：由式（3-2-8）得 即。取 ，則，取 ，RP1為47K的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻。由式（3-2-9）即 （3-3-3）當(dāng)時(shí)，取，則，取，RP2為100K電位器。 當(dāng)1KHzf10KHz時(shí)，取以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取圖3-5 波形變換值不變。平衡電阻取8.2 K。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R確定。第4章 Multisim電路仿真及仿真結(jié)果4.1方波、三角波4.2正弦波第5章 12V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)在功率放大電路運(yùn)行的過程中需要的直流穩(wěn)壓電源作為放大器的電源，下面介紹穩(wěn)壓電源的制作。線性穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路這四部分組成。其原理框圖如下：穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路電源變壓器電網(wǎng)供給的交流電壓（220V、50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需求的交流電壓。然后由整流電路變換成方向不變，大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平滑的直流電壓。但這樣的直流電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)活負(fù)載的變動(dòng)而變化，在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，就需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成集成器件。由于穩(wěn)壓電路具有體積小，外接線路簡(jiǎn)單，工作可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)選用集成穩(wěn)壓電路第6章 總結(jié)經(jīng)過幾周的制作我的課題信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)做了出來，一開始感覺這樣的東西挺簡(jiǎn)單的，只要找到資料就會(huì)很容易的制作出來，但當(dāng)我真正的操作起來才發(fā)現(xiàn)還有好多的問題。如波形的轉(zhuǎn)換，方波轉(zhuǎn)換成三角波，最后再轉(zhuǎn)換成正弦波，弄了很長時(shí)間才弄明白。這次的課題設(shè)計(jì)還讓我體會(huì)到了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，如果你只注重理論學(xué)習(xí)而不去鍛煉自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是永遠(yuǎn)不能把事情做好的，從理論中得出結(jié)論，用實(shí)踐鍛煉自己，這才是重要的。同時(shí)這次的設(shè)計(jì)讓我也學(xué)到了一些書本上沒有的知識(shí)，提升了我獨(dú)立思考能力。還有就是讓我熟練的對(duì)Protel99se、Multisim等軟件的運(yùn)用，總之這次設(shè)計(jì)讓我深刻地學(xué)會(huì)了許多東西，也溫習(xí)了許多以前的知識(shí)。致謝本課題及論文是在我的老師賈杰教授的悉心關(guān)心和精心指導(dǎo)下完成的。在此，我要感謝我的指導(dǎo)老師，她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的教學(xué)思路給了我無盡的啟迪，她就暗金的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神對(duì)我也產(chǎn)生了重要影響。在您的細(xì)心指導(dǎo)和幫助下我才能夠很快的選擇好課題完成這篇設(shè)計(jì)。感謝我的每一位親人，是你們的支持是我走完了在學(xué)校的求學(xué)生涯，焉得諼草，言樹之背。養(yǎng)育之恩。無以回報(bào)、父母，永遠(yuǎn)健康是我最大的心愿。在論文即將截稿之時(shí)，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有很多可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！參考文獻(xiàn)1 彭介華. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社，19972 陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M.北京：高等教育出版社，20033 何希才. 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：中國電力出版社，20004EDA技術(shù)基礎(chǔ)郭勇/劉濤，機(jī)械工業(yè)出版社5劉天旺， Protel99SE電路設(shè)計(jì)應(yīng)用教程，北京：電子工業(yè)出版社，2007.86王衛(wèi)兵， Protel99SE基礎(chǔ)教程，北京：北京郵電大學(xué)出版社，20087Multisim電路仿真 王林根主編 高等教育出版社 2003附錄附錄1 電路仿真原理圖附錄2 PCB圖附錄3 原理圖附錄4 PCB板3D圖附錄5 OP07簡(jiǎn)介op07的功能介紹：Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的