標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路院 （系）： 工程技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 教授 起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：工程技術(shù)學(xué)院 教研室：電子信息教研室 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的電子電路，現(xiàn)設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波波形信號(hào)輸出的函數(shù)發(fā)生器。2. 設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：1. 輸出的各種波形工作頻率范圍1.5kHz。2. 方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，

2、明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要信號(hào)發(fā)生器就是信號(hào)源，是輸出各種電子信號(hào)的儀器，主要用在調(diào)試、測(cè)試電子電路、電子設(shè)備的參數(shù)。本文通過(guò)對(duì)函數(shù)

3、信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出方波的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。我們通過(guò)對(duì)電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合本課題的方案。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，再利用電子設(shè)計(jì)軟件multisim對(duì)電路仿真。關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器、方波、直流穩(wěn)壓電源目 錄第一章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證11.1 應(yīng)用意義11.2 設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)11.3 設(shè)計(jì)方案論證11.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析2第二章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)42.1 比較器和RC反饋網(wǎng)絡(luò)的電路設(shè)計(jì)42.2 交直流轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)42.3 濾波電路設(shè)計(jì)52.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)5第三章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)53.

4、1 整體電路圖及工作原理53.2 電路參數(shù)計(jì)算93.3 整體電路性能分析10第四章 仿真分析11第五章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)總結(jié)12 參考文獻(xiàn)13附錄：器件清單14II1第一章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證1.1 應(yīng)用意義1.1.1 電源是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。1.1.2 學(xué)習(xí)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法與調(diào)試方法。1.1.3 觀測(cè)方波發(fā)生器的波形、幅度和頻率。1.1.4 通過(guò)自行設(shè)計(jì)正弦波變成方波的電路，進(jìn)一步熟悉波形變換電路的工作原理及參數(shù)計(jì)算和調(diào)試方法。1.2 設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的電子電路。（2）

5、現(xiàn)設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生標(biāo)。（3）準(zhǔn)方波波形信號(hào)輸出的函數(shù)發(fā)生器。（4）設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。1.2.2 功能要求（1）輸出的各種波形工作頻率范圍1.5kHz。（2）方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。（3）直流穩(wěn)壓電源12V。1.2.3 設(shè)計(jì)要求（1）分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。（2）確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。（3）設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。（

6、4）組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。1.3 設(shè)計(jì)方案論證1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求，對(duì)信號(hào)發(fā)生部分電路通常可采用多種不同性質(zhì)和形式的電路圖來(lái)獲得所需要的波形信號(hào)輸出。為此課題我提出了以下幾種方案：方案一：用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出。文氏橋振蕩器（RC串并聯(lián)正弦波振蕩器）產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點(diǎn)是采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)，其振蕩頻率，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的信號(hào)輸出，為了使輸出電壓穩(wěn)定，需采用穩(wěn)幅措施。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號(hào)變換成方

7、波信號(hào)輸出。方案二：用一個(gè)滯回電壓比較器加一個(gè)由RC充放電回路構(gòu)成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)作為簡(jiǎn)單的方波發(fā)生器。它的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)穩(wěn)定，用于方波產(chǎn)生電路比較合適。方案一的結(jié)構(gòu)比較麻煩，需要的元件比較多，構(gòu)成的成本高；而方案二與之正好相反。方案二的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本也低，制作起來(lái)比較簡(jiǎn)單和方便。經(jīng)過(guò)以上分析我選用方案二來(lái)完成本課題設(shè)計(jì)。1.3.2 直流穩(wěn)壓電源電源是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，目前，集成穩(wěn)壓器已在電源設(shè)備中得到廣泛使用。按工作方式分，穩(wěn)壓電源通常有連續(xù)調(diào)整式和開關(guān)調(diào)整式兩大類，而開關(guān)式穩(wěn)壓電源因其具有高效率、輸出低壓、大電流的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。方案： 串聯(lián)式穩(wěn)

8、壓電源方式我們首先想到用可調(diào)的三端式集成穩(wěn)壓器先提供穩(wěn)定電壓和小電流，再通過(guò)三極管擴(kuò)流的方式使之提供大功率。其具體電路形式很豐富，可供借鑒的結(jié)構(gòu)也很多?？傊紤]實(shí)際能力，我選用經(jīng)典的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源方式。1.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器方框圖如下比較器RC反饋網(wǎng)絡(luò)反饋環(huán)圖 1.1框架圖分析如下：方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波的非正弦信號(hào)發(fā)生電路。由于方波包含極豐富的諧波，因此這種電路又稱為多諧振蕩電路。它是在滯回比較器的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)由、組成的反饋電路，把輸出電壓經(jīng)、反饋到集成運(yùn)放的反相端。1.4.2 直流穩(wěn)壓電源方框圖如下變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路圖1.

9、2框架圖分析如下：本電路是將220V、50HZ的交流電壓通過(guò)變壓器變換成適用的電壓在經(jīng)過(guò)整流電路得到單向電壓、經(jīng)過(guò)濾波電路得到相應(yīng)頻率的電壓最后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路得到所需的電壓綜合圖為比較器RC反饋網(wǎng)絡(luò)變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220V220V圖1.3總框架圖第二章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)2.1 比較器和RC反饋網(wǎng)絡(luò)的電路設(shè)計(jì)由運(yùn)算放大器A、1和組成的滯回比較器與RC電路組成的方波發(fā)生器電路如圖2.1所示。在比較器沒有翻轉(zhuǎn)之前，為一常數(shù)（設(shè)=+）。通過(guò)對(duì)充電，由-·/+逐漸上升，隨著的增大，兩端的電壓將逐漸下降，故充電電流也將不斷減小，使上升速度減慢。f圖2.1由此可計(jì)算出振蕩

10、周期T=2RCln（1+） （2.1.1）2.2 交直流轉(zhuǎn)換電路本電路的目的在于從50HZ、220V的交流電壓中得到直流電壓。當(dāng)輸入為220V交流電壓時(shí)，首先通過(guò)變壓器降至25V左右交流電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為32V直流電壓。電路圖如下220V圖 2.22.3 濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器，或于負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。使用電感濾波的特點(diǎn)是整流濾波的導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。因此本部分采用電感濾波。電路圖如下220V圖 2.32.4 穩(wěn)壓電路圖2.4是串聯(lián)反饋

11、式穩(wěn)壓電路的一般構(gòu)圖，圖中是整流電路的輸出電壓，T為調(diào)整管，A為比較器放大電路，為基準(zhǔn)電壓，它由穩(wěn)壓管與限流電阻R串聯(lián)所構(gòu)成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路獲得，與組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來(lái)反映輸出電壓變化的取樣環(huán)節(jié)。i 圖 2.4第三章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)3.1 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路圖及工作原理3.1.1 方波發(fā)生器整體電路圖及工作原理（1）整體電路圖fViV。ic圖3.1T/2VZVCT-VZVOT/2tV0圖3.2圖3.1所示為由滯回比較器及簡(jiǎn)單RC反饋電路組成的方波發(fā)生器。該電路的振蕩頻率： （3.1.1）方波的輸出幅值：= （3.1.2）（2）工作原理把滯回比較器和RC反饋網(wǎng)絡(luò)首尾相接形成正反饋閉環(huán)系

12、統(tǒng)，如圖3.1所示，則比較器輸出的方波經(jīng)RC反饋網(wǎng)絡(luò)可得到三角波，三角波又可觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)成方波，這樣可構(gòu)成方波發(fā)生器。它是在滯回比較器的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)由、反饋到集成運(yùn)放的反相端。在運(yùn)放的輸出端引入限流電阻和兩個(gè)背靠背的穩(wěn)壓管就組成了一個(gè)如圖3.1所的雙向限幅方波發(fā)生器。由圖可知，電路的正反饋系數(shù)F為，在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，那純數(shù)偶然。設(shè)輸出電壓偏于負(fù)向飽和值，即時(shí)，加到集成運(yùn)放同向端的電壓為-，而加于反向端的電壓，由于電容器上的電壓不能突變，只能由輸出電壓通過(guò)電阻按指數(shù)規(guī)律向充電來(lái)建立，充電電流為-。顯然，當(dāng)加到反向端的電壓略負(fù)于-時(shí)，輸出電壓便立即

13、從負(fù)飽和值（）迅速翻轉(zhuǎn)到正飽和值（），又通過(guò)對(duì)進(jìn)行充電，充電電流為。直到略正于的值時(shí)，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)回來(lái)。如此循環(huán)不已，形成一系列的方波輸出。圖3.2畫出了在一個(gè)方波的典型周期內(nèi)，輸出端及電容器上的電壓波形。設(shè)t=0時(shí)，=-，則在T/2的時(shí)間內(nèi)，電容上的電壓將以指數(shù)規(guī)律由-向方向變化，電容器端電壓隨時(shí)間變化規(guī)律為設(shè)T為方波的周期，當(dāng)t=T/2時(shí)，代入上式，可得；對(duì)T求解，可得。在低頻范圍（如10HZ10KHZ）內(nèi)，此電路是個(gè)較好的振蕩電路。當(dāng)振蕩頻率較高時(shí)，為了獲得前后沿較陡的方波，以選擇轉(zhuǎn)換速率較高的運(yùn)放為宜。3.1.2 直流穩(wěn)壓電源的整體電路圖及工作原理（1）整體電路圖如下圖220V 圖

14、3.3（2）工作原理電路如圖2.2所示T為電源變壓電路，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的變流電壓，是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，串聯(lián)電感在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲(chǔ)起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑、即電感L具有平波的作用；當(dāng)忽略電感器L的電阻時(shí)，負(fù)載上輸出的平均電壓和純電阻負(fù)載相同，。電感濾波的特點(diǎn)是整流管的導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。缺點(diǎn)是由于鐵心的存在、體積大、笨重，易引起電磁干擾。一般只適用于低電壓、大電流場(chǎng)合。如果想進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋

15、波，電感后面再接一個(gè)電容來(lái)構(gòu)成。 如圖2.4這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的BJT與負(fù)載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)放大電路（A）放大后去控制調(diào)整管T的c-e極間的電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓原理可簡(jiǎn)述如下：當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，導(dǎo)致輸出電壓增加，隨之反饋電壓也增加。與基準(zhǔn)電壓相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使和減小，調(diào)整管T的c-e極間電壓增大，使下降，從而維持基本恒定。同理，當(dāng)輸入電壓減?。ɑ蜇?fù)載電流增加）時(shí)，亦將使輸出電壓基本保持不變。從反饋放大電路的角度來(lái)看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。調(diào)整管T連接成電壓跟隨器。因而可得或式中是比較放

16、大電路的電壓增益，是考慮了所帶負(fù)載的影響，與開環(huán)增益不同。在深度負(fù)反饋條件下，1時(shí)，可得上式表明，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)似成正比，與反饋系數(shù)成反比。當(dāng)及已定時(shí)，也就確定了，因此它是設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的基本關(guān)系式。3.2 電路參數(shù)計(jì)算3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器（1）集成運(yùn)算放大器的選擇 在方波發(fā)生器電路中，用于電壓比較器的集成運(yùn)算放大器，其轉(zhuǎn)換速率應(yīng)滿足方波頻率的要求。當(dāng)方波頻率較高（幾十千赫茲以上）或?qū)Ψ讲ㄇ啊⒑笱匾筝^高時(shí)，應(yīng)選用高速集成運(yùn)算放大器來(lái)組成滯回比較器。（2）穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅值，此外方波振幅和寬度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓管的對(duì)稱性有關(guān)，為了得到穩(wěn)定而又對(duì)稱的方波輸出，

17、通常都選用高精度雙穩(wěn)壓二極管，如2DW7。R。是穩(wěn)壓管的限流電阻，其值根據(jù)所用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電流來(lái)確定。穩(wěn)壓管的電壓=5V；=2K。（3）分壓器電阻和的確定和的主要作用是提供一個(gè)隨輸出方波電壓而變化的基準(zhǔn)電壓，并決定方波的幅值。所以和的阻值應(yīng)根據(jù)方波的峰值要求來(lái)確定。例如，已知=5V，若要方波的峰值為2.5、1、0.5V；=125、50、25K；10 K。如果要求幅值可調(diào)，則應(yīng)選用電位器。（4）、值的確定、的值可根據(jù)方波的振蕩頻率來(lái)確定。當(dāng)、值的確定后，可先選定電容的值，再由式確定的值，為了減小積分漂移，應(yīng)盡量將值取大一些，但值越大漏電也越大，因此，一般積分電容不宜超過(guò)1f。取0.1f；=019

18、00 K。3.2.2 直流穩(wěn)壓電源（1）整流濾波電路當(dāng)電網(wǎng)電壓最低即=220×（1-20%）=176V時(shí)，必須保證=12V，又為保證調(diào)整管工作于放大區(qū)，取=4V，則=16V，此時(shí)變壓器次級(jí)電壓有效值，變壓器匝數(shù)比n=176/13.3=13.2，可采用12：1的變壓器（=220V，=18V）。流過(guò)整流二極管的電流（設(shè)過(guò)流臨界值為2A），耐壓U。對(duì)于濾波電感，為使紋波足夠小，使為電網(wǎng)電壓半波周期的5倍，取=5T/2=0.05s，=L/、L=×，包括變壓器副線組的直流電阻和二極管D的正向電阻。所以一般很小。=1.2×18/2=11，L=0.05×11=0.55

19、H，空載電容上的最大電壓為=29V，取幾十F至幾百F，所以取=90F。（2）采樣電阻計(jì)算，。（3）調(diào)整管參數(shù)計(jì)算，要求的。設(shè)推動(dòng)管的=100，則=2/100=20mA，。（4）整流二極管的選擇二極管D的d-e 容量可按D流過(guò)的平均電流和承受的最大反向電壓來(lái)選擇，并注意留有余量。在橋式整流、電感濾波電路中每只二極管可按=1/2，=來(lái)選擇。3.3 整機(jī)電路性能分析波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的電子電路。我所設(shè)計(jì)的是能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波波形信號(hào)輸出的函數(shù)發(fā)生器。波形工作頻率范圍1.5KHZ以下連續(xù)可調(diào)，方波幅值5、2、1V（峰值）連續(xù)可調(diào)。本電路的功能是將電網(wǎng)電壓作輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波和穩(wěn)

20、壓產(chǎn)生直流的12V穩(wěn)壓電源。具體電路圖如下 V。方波圖 3.4第四章 仿真分析 仿真電路如下：第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)此課程的課程設(shè)計(jì)實(shí)際是作為電子信息工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)完電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，其目的在于加深對(duì)本課程理論和基本知識(shí)的理解，掌握運(yùn)用電子技術(shù)基礎(chǔ)合理論知識(shí)設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的基本應(yīng)用電路的方法。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，基本上完成了課程設(shè)計(jì)。雖說(shuō)整個(gè)課設(shè)過(guò)程很辛苦，可是我們從中找到了樂(lè)趣、接觸了實(shí)踐，以前不是特別明白的地方也通過(guò)實(shí)踐弄懂了?？偟膩?lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)使我 感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的及其重要意義，不但使我對(duì)所掌握的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，還提高了我的動(dòng)手查閱資料的能力而且還鍛煉了自己的獨(dú)立思考能力。 l 參考文獻(xiàn)1. 何立明.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京: 北京航空航天出版社,2003.P85-P96.2. 張毅剛等編.51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈