標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路

1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)（論文）摘 要信號(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。在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的主要用途是在電子電路測(cè)量或調(diào)試時(shí)做信號(hào)源，本課題要求設(shè)計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)方波波形的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，要完成此方案的方法有許多，可通過(guò)遲滯比較器和RC積分電路或集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)的產(chǎn)生，其中由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波信號(hào)發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)，本文主要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方波波形信號(hào)發(fā)生器電路作深入分析。設(shè)計(jì)中多用到模擬電子基礎(chǔ)技術(shù)中的知識(shí)，以充分復(fù)習(xí)和應(yīng)用自己已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 方波波形目 錄摘 要- 1 -

2、第一章 緒 論- 3 -第二章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)方案論證- 4 -2.1標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路的應(yīng)用意義- 4 -2.2設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及功能要求- 4 -2.3設(shè)計(jì)方案論證- 5 -2.4總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析- 6 -第三章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)- 8 -3.1遲滯比較器和RC方波產(chǎn)生電路- 8 -3.2變壓、整流電路（包括交流轉(zhuǎn)換為直流）- 8 -3.3濾波電路- 9 -3.4穩(wěn)壓電路- 9 -第四章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)- 11 -4.1遲滯比較和RC反饋網(wǎng)絡(luò)整體電路圖及其工作原理- 11 -4.2 直流穩(wěn)壓電源整體電路圖及工作原理- 13 -第五章 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路的

3、參數(shù)分析- 15 -5.1標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器- 15 -5.2直流穩(wěn)壓電源- 15 -第六章 整體電路圖及分析- 17 -6.1整體電路如圖- 17 -第七章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)- 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -附錄一- 20 -元器件清單- 20 -附錄二- 21 -整體電路圖- 21 -第一章緒 論在現(xiàn)在社會(huì)里，人們的生活通過(guò)科技的創(chuàng)新而改變。而其中，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度也愈來(lái)愈快?？梢哉f(shuō)，電子產(chǎn)品改變?nèi)祟惖纳?。雖然，絕大部分電子類產(chǎn)品的原理是復(fù)雜的，但是，其基本的原理都是一樣的，他們都是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、分析和處理，從而做出相應(yīng)的處理?？梢?jiàn)，信號(hào)質(zhì)量的好壞，很大程度上可以決定一個(gè)電子產(chǎn)品是否符合

4、人的需求。就目前來(lái)說(shuō)，在信號(hào)波形的產(chǎn)生與分解這一部分，國(guó)內(nèi)外的技術(shù)已日趨成熟，而我通過(guò)本文，一方面來(lái)淺析一下該部分的工作原理，另一方面也通過(guò)課程設(shè)計(jì)來(lái)鞏固自己所學(xué)知識(shí)，為以后的工作和學(xué)習(xí)做好鋪墊。本文主要深入討論標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路及其工作所需直流穩(wěn)壓電源。進(jìn)一步復(fù)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識(shí)，為實(shí)踐工作做準(zhǔn)備。第二章標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)方案論證2.1標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路的應(yīng)用意義電源和信號(hào)發(fā)生器是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可了解直流穩(wěn)壓電源的工作原理，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)方法和調(diào)試方法，并觀測(cè)方波發(fā)生器的波形、幅度和頻率，進(jìn)一步熟悉波形變換電路的

5、工作原理及參數(shù)計(jì)算和調(diào)試方法。學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。信號(hào)發(fā)生器也稱信號(hào)源，是用來(lái)產(chǎn)生振蕩信號(hào)的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號(hào)，并且信號(hào)的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號(hào)特征，主要是指輸出信號(hào)的頻率、幅度、波形、占空比、調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。隨著科技的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用到的信號(hào)形式越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜，頻率也越來(lái)越高，所以信號(hào)發(fā)生器的種類也越來(lái)越多，同時(shí)信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及功能要求設(shè)計(jì)任務(wù)：波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的

6、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。設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：輸出的各種波形工作頻率范圍1.5kHz。方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。設(shè)計(jì)要求：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(kāi)思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。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。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)。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

7、電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。2.3設(shè)計(jì)方案論證標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我提出以下兩種方案方案一：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)，振蕩頻率為，改變RC的數(shù)值，可以得到不同頻率的信號(hào)輸出，為了使輸出電壓穩(wěn)定，需采取穩(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)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)輸出。方案二：使用遲滯電壓比較器加一個(gè)RC充放電回路構(gòu)成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)作為簡(jiǎn)單的方波信號(hào)發(fā)生器。線路簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)穩(wěn)定，比較合適于方波產(chǎn)生信號(hào)。結(jié)論：方案二比起方案一來(lái)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單明了，元器

8、件使用少，構(gòu)成成本比較低，制作起來(lái)簡(jiǎn)單方便。所以本文決定采用方案二來(lái)完成課程設(shè)計(jì)。直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源一般由電壓變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路等組成，是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，集成穩(wěn)壓器在電源設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)論：為了符合設(shè)計(jì)要求并考慮實(shí)際能力，本文采用串聯(lián)式反饋穩(wěn)壓電源2.4總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器框圖與分析分析：方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號(hào)發(fā)生電路。由于方波或矩形波包含極其豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩電路。它在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)由、組成的積分電路，把輸出電壓經(jīng)過(guò)、反饋到比較器的反相端。遲滯比較器RC反

9、饋網(wǎng)絡(luò)反饋圖2.1信號(hào)發(fā)生器框圖直流穩(wěn)壓電源框圖與分析分析：本電路將220V，50Hz的交流電壓通過(guò)變壓器變成使用的電壓在經(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)壓電路得到所需電壓。變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路圖2.2直流穩(wěn)壓電源框圖綜合總體框圖圖2.3綜合總體框圖第三章標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)3.1遲滯比較器和RC方波產(chǎn)生電路由運(yùn)算放大器和組成的遲滯比較器與反饋電路組成方波發(fā)生器電路如圖3.1所示。在遲滯比較器翻轉(zhuǎn)之前，為一常數(shù)（設(shè)）。通過(guò)對(duì)對(duì)充電，由逐漸上升，隨著的增大，兩端的電壓逐漸下降，充電電流也將不斷減小，使上升速度減慢。圖3.1 遲滯比較器和RC

10、反饋網(wǎng)絡(luò)電路圖由此可計(jì)算出振蕩周期(3.1.1)3.2變壓、整流電路（包括交流轉(zhuǎn)換為直流）本電路的目的在于從220V、50Hz的交流電壓中得到直流電壓。當(dāng)輸入為220V交流電壓時(shí)候，首先通過(guò)變壓器降為25V左右的交流電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為32V的直流電壓，電路圖如圖3.2所示。Vo圖3.2變壓、整流電路3.3濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一半由電抗原件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容或于負(fù)載串聯(lián)電感，以及電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。特點(diǎn)是導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。電路圖如圖3.3所示，本部分采用電感濾波。圖3.3 濾波電路3.4穩(wěn)

11、壓電路圖3.4是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路中的一般構(gòu)圖，途中是整流電路的輸出電壓，為調(diào)整管,為比較器放大電路， 為基準(zhǔn)電壓，它是由穩(wěn)壓管與限流電阻串聯(lián)所構(gòu)成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路而獲得，與組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來(lái)反映輸出電壓變換的取樣環(huán)節(jié)。圖3.4穩(wěn)壓電路第四章標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)4.1遲滯比較和RC反饋網(wǎng)絡(luò)整體電路圖及其工作原理方波發(fā)生器整體電路圖如圖4.1所示，遲滯比較器和RC反饋網(wǎng)絡(luò)組成方波信號(hào)發(fā)生器。該電路的振蕩頻率為：(4.1.1)方波的輸出幅值為：= （4.1.2）把遲滯比較器和RC反饋網(wǎng)絡(luò)首尾相連形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖4.1。遲滯比較器的方波經(jīng)過(guò)RC反饋網(wǎng)絡(luò)可得三角波，三角波又出發(fā)比較器自動(dòng)

12、翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為方波，這樣就構(gòu)成了方波發(fā)生器。圖4.1 方波發(fā)生器整體電路工作原理在遲滯比較器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)由、組成得到積分電路，把輸出電壓經(jīng)過(guò)、反饋到比較器的反相端。在比較器的輸出端引入限流電阻和兩個(gè)背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了一個(gè)如圖4.1所示的雙向限幅方波發(fā)生電路。電路的正反饋系數(shù)F為： （4.1.3）在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟是偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，那純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于正飽和值，即時(shí)，加到電壓比較器同相端的電壓為，而加于反相端的電壓，由于電容器C上的電壓不能突變，只能有輸出電壓通過(guò)電阻按指數(shù)規(guī)律向C來(lái)充電建立，充電電流為。顯然，當(dāng)加到反相端的電壓略正于時(shí)，輸出電壓便立即從正飽和值

13、（）迅速翻轉(zhuǎn)到負(fù)飽和值（），又通過(guò)對(duì)對(duì)進(jìn)行反向充電，充電電流為。直到略負(fù)于值時(shí)，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)回來(lái)。如此循環(huán)不已，新城一系列的方波輸出。圖4.2畫(huà)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)時(shí)，則的時(shí)間內(nèi)，電容上的電壓將以指數(shù)規(guī)律由向方向變化，電容端電壓隨時(shí)間變化規(guī)律為圖4.2電壓波形（4.1.4）設(shè)T為方波的周期，當(dāng)時(shí)，,代入上式可得（4.1.5）對(duì)T求解，可得（4.1.6）如適當(dāng)選取和的值，可使F=0.462，則振蕩周期可簡(jiǎn)化為，或振蕩頻率為（4.1.7）在低頻范圍（如10Hz到10kHz）內(nèi)，對(duì)于固定頻率來(lái)說(shuō)，此電路尚可。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)

14、換速率較高的集成電壓比較器代替運(yùn)放為宜。4.2 直流穩(wěn)壓電源整體電路圖及工作原理直流穩(wěn)壓電源整體電路圖圖4.3 直流穩(wěn)壓源整體電路工作原理電路如圖4.3所示，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。由于電抗原件在電路中游儲(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)，就能把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑、即電感具有平波的作用，當(dāng)忽略電感的電阻時(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

15、點(diǎn)是由于鐵心的存在、體積大、笨重，易引起電磁干擾，一半只適用于低電壓 大電流場(chǎng)合。如果想進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋波，電感后面再接一個(gè)電容來(lái)構(gòu)成。如圖3.4這種穩(wěn)壓電路的主要賄賂是起調(diào)整作用的與負(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（）放大后去控制調(diào)整管的極間電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓源里可簡(jiǎn)述如下：輸入電壓增加時(shí)，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)常比較放大電路放大后使和減小，調(diào)整管的極間電壓增大，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)，也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

16、，這種電路屬于淡雅串聯(lián)負(fù)反饋電路。調(diào)整管連接成電壓跟隨器。因而可得或式中是比較放大電路的電壓增益，是考慮了所帶負(fù)載的英雄，與開(kāi)環(huán)增益不同。在深度負(fù)反饋條件下，時(shí)，可得，表明，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓近似成正比，與負(fù)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。第五章標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電路的參數(shù)分析5.1標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器集成運(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。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

17、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，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。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,若要方波的峰值為2.5V、1V、0.5V;125、50、25;。如果要求幅值可調(diào),則應(yīng)選用電位器。、值的確定、的值可根據(jù)方波的振蕩頻率來(lái)確定。當(dāng)、的值確定后，先選定的值，再確定的值，一般積分電容不宜超過(guò)。取；0-1900k。5.2直流穩(wěn)壓電源整流濾波電路當(dāng)電網(wǎng)電壓最低為

18、176（衰減20%）時(shí)，必須保證，又為保證整管工作于放大區(qū)，取,此時(shí)變壓器次級(jí)電壓有效值，變壓器匝數(shù)比,可采用12：1的變壓器，使。流過(guò)整流二極管的電流。=58.4對(duì)于濾波電感，為使紋波足夠小，、，包括變壓器副線組的直流電阻和二極管的正向電阻。所以一般很小。，空載電容上最大電壓為，取幾十到幾百，所以。采樣電阻計(jì)算調(diào)整管參數(shù)計(jì)算，要求的設(shè)推動(dòng)管的，則,。整流二極管的選擇二極管的容量可按流過(guò)的平均電流和承受的最大反向電壓來(lái)選擇，并注意留余量，在橋式整流、電感濾波電路中每只二極管可按照,來(lái)選擇。第六章整體電路圖及分析6.1整體電路如圖結(jié)論：波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的電子電路，本文所設(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)壓產(chǎn)生直流的12V穩(wěn)壓電源。圖6.1 整體電路圖第七章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次