标准信号发生器.pdf
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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计(论文)标准信号发生器电路标准信号发生器电路电 气院(系)名 称专学学指生导姓教业班级号名师起 止 时 间:2015.7.6 2015.7.19课程设计(论文)任务及评语课程设计(论文)任务及评语院(系):电子与信息工程学院教研室:电子信息工程学 号课程设计(论文)题目任务要求:任务要求:波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路,现设计并制作标准信号发生器电路学生姓名专业班级电气课程设计(论文)任务能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。波形产生电路的关键部分是振荡器,而设计振荡器电路的关键是选择有源器件。技术要求:技术要求:1、确定振荡器电路的形式
2、以及确定元件参数值等。2、方波幅值 5V,2V,1V(峰-峰值)。3、输出的各种波形工作频率范围 1.5kHz。4、设计电路所需的直流稳压电源。5、利用 Multisim(或 EWB)进行电路仿真与调试平时成绩:答辩成绩:论文成绩:作品成绩:总成绩:指导教师签字:年月日指导教师评语及成绩注:平时成绩占注:平时成绩占 20%20%,答辩成绩占,答辩成绩占 20%20%,论文成绩占,论文成绩占 40%40%,作品成绩,作品成绩 20%20%。本科生课程设计(论文)摘 要随着电子技术的发展和测试用信号源的广泛应用,锯齿波和正弦波、方波、三角波作为常用的基本测试信号,方波电路作为时基电路已在仪器仪表中
3、得到广泛应用。一般信号是由不同频率,幅度和相位的正弦波叠加而成的。傅里叶分析法与信号系统的频域分析提供了途径。有源滤波放大电路能够从方波信号中提取某一固定频率的正弦信号并放大。有源滤波电路有一个中心频率,中心频率点的信号幅值衰减最少,可以达到滤波的效果。通过迟滞比较器和 RC 积分电路,可以实现方波信号的产生,其中由集成运算放大器构成的方波信号发生器具有结构简单、调试方便的优点,本文主要对标准方波波形信号发生器电路作深入分析。设计中多用到模拟电子基础技术中的知识,以充分复习和应用自己已经学过的知识。本系统采用 Multisim 仿真软件进行仿真测试。在保证功能的前提下控制器件成本。采用单面印制
4、电路板对整体电路进行合理的布线,并进行焊接与调试。各输出信号均达到设计要求且稳定工作。关键词:方波信号;直流稳压电源;迟滞比较器I本科生课程设计(论文)目 录第 1 章 绪论.1标准信号发生器电路发展概况(或研究现状).1本文研究内容.1第 2 章 标准信号发生器电路总体设计方案.22.1 标准信号发生器电路设计方案论证.2总体设计方案框图及分析.2第 3 章 标准信号发生器电路单元电路设计.4标准信号发生器电路具体电路设计.43.1.1 方波信号和迟滞比较器电路设计.4直流稳压电源设计.7标准信号发生器电路设计.93.2 元器件型号选择.93.3 参数计算.10标准信号发生器电路总体电路图.
5、11第 4 章 标准信号发生器电路仿真与调试.124.1 Multisim 仿真与调试.124.2 仿真结果分析.12第 5 章 总结.13参考文献.14附 录 I.15附 录 II.16II本科生课程设计(论文)第 1 章 绪论标准信号发生器电路发展概况(或研究现状)近年来随着 GSM、GPRS、3G、B1ueTooth 乃至己经被提出的标准的 4G 等移动通信以及 LMDS、无线本地环路等无线接入的发展,同时加上合成孔径雷达、多普勒冲雷达等现代军事、国防、航空航天等在科技上的不断创新与进步,世界各国非常重视频率合成器的发展。所有的这些社会需求以及微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身的
6、不断进步都极大刺激了频率合成器技术的发展。可以预料,随着低价格、高时钟频率、高性能的新一代 DDS 芯片的问世,DDS 的应用前景将不可估量!1.2 本文研究内容本文研究内容为设计一款幅度可调的标准信号发生器电路。使用集成运算放大器为主要器件组成迟滞比较器,设计合适的直流稳压电源电路等核心部件。选择合适的外围分立元件组成标准信号发生器。通过对调节外围分立元件的参数的调整,实现幅度可调。分立元件的数量相对较少,结构简单、性能稳定。技术要求:技术要求:1、确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。2、方波幅值 5V,2V,1V(峰-峰值)。3、输出的各种波形工作频率范围 1.5kHz。4、设计电路
7、所需的直流稳压电源。5、利用 Multisim(或 EWB)进行电路仿真与调试1本科生课程设计(论文)第 2 章 标准信号发生器电路总体设计方案2.1 标准信号发生器电路设计方案论证 标准信号发生器在根据设计要求,我提出以下两种方案方案一:用正弦波振荡器产生正弦波输出,正弦波信号通过变换电路得方波输出。文氏桥振荡器(RC 串-并联正弦波振荡器)产生正弦波输出,其主要特点是采用 RC串-并联网络作为选频和反馈网络,振荡频率可通过改变 RC 的数值得到不同频率的信号输出,为了使输出电压稳定,需采取稳幅措施。用集成运放构成电压比较器,将正弦波信号转化为方波信号输出。方案二:用 NE555 集成芯片外
8、接几个电阻电容,和二极管设计一个发生器。方案三:使用迟滞电压比较器加一个 RC 充放电回路构成的负反馈网络作为简单的方波信号发生器。线路简单,输出信号稳定,比较合适于方波产生信号。结论:方案三与其它两个相比结构更加简单明了,元器件使用少,构成成本比较低,制作起来简单方便。所以本文决定采用方案二来完成课程设计。(2)直流稳压电源直流稳压电源一般由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路等组成,是电子电路和电子系统中不可缺少的重要组成部分,集成稳压器在电源设备中得到广泛应用。结论:为了符合设计要求并考虑实际能力,本文采用串联式反馈稳压电源图及分析(1)标准信号发生器框图与分析分析:方波产生电路是一种能够
9、直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极其丰富的谐波,因此,这种电路又称为多谐振荡电路。它在迟滞比较器的基础上,增加了一个由Rf、C组成的积分电路,把输出电压经过Rf、C反馈到比较器的反相端。2本科生课程设计(论文)迟滞比较器反馈RC 反馈网络图 2.1 信号发生器框图(2)直流稳压电源框图和分析分析:本电路将 220V,50Hz 的交流电压通过变压器变成使用的电压在经过整流电路得到单向电压、经过滤波电路得到相应频率的电压,最后经过稳压电路得到所需电压。变压电路整流电路滤波电路稳压电路图 2.2直流稳压电源框图(3)综合总体框图图 2.3 综合总体框图3本科生课程设计(
10、论文)第 3 章 标准信号发生器电路单元电路设计3.1 标准信号发生器电路具体电路设计3.1.1 方波信号和迟滞比较器电路设计(1)迟滞比较器电路图该模块由迟滞比较器电路组成,由图 3.1 所示,可知电路的正反馈系数 F 为:F=R3/(R3+R4)(3-1)在接通电源的瞬间,输出电压为正为负纯属偶然。设输出电压偏于正饱和,即 Vo=+Vz,时,加到电压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Vo通过电阻 R1按指数规律向 C 充电来建立。显然,当加到反相端的电压 Vc略等于+FVz+时,输出电压便立即从正饱和值迅速翻转到负饱和值
11、,-Vz又通过 R1对 C 进行反向充电,直到Vc略等于-FVz时,输出状态再次翻转过来,如此循环,形成一系列的方波输出。方波周期为:如适当选取 R1R2的值,可使 F=0.462,则震荡周期可简化为T=2RfC。(2)方波发生器整体电路图如图所示,迟滞比较器和 RC 反馈网络组成方波信号发生器。4本科生课程设计(论文)该 电 路 的 振 荡 频 率 为:1(3-2)RRfCfln(11)f0方波的输出幅值为:VR2oM=Vz(3-3)把迟滞比较器和 RC 反馈网络首尾相连形成正反馈闭环系统,如图 4.1。迟滞比较器的方波经过 RC 反馈网络可得三角波,三角波又出发比较器自动翻转转为方波,这样
12、就构成了方波发生器。图 3.2 方波发生器整体电路图(3)方波发生器整体电路工作原理在迟滞比较器的基础上增加一个由Rf、C组成得到积分电路,把输出电压经过Rf、C反馈到比较器的反相端。在比较器的输出端引入限流电阻R所示的双向限幅方波发生电路。电路的正反馈系数 F 为:F R2R1 R2在接通电源的瞬间,输出电压究竟是偏于正向饱和还是负向饱和,那纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值,即v0 Vz时,加到电压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,只能有输出电压v0通过电阻Rf按指数规律向 C 来充电建立,充电电流为i。显然,当加到反相端的电压vc略正于
13、 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),Vz又通过对Rf对C5本科生课程设计(论文)进行反向充电,充电电流为i。直到vc略负于 FVz值时,输出状态再翻转回来。如此循环不已,新城一系列的方波输出。图画出了在一个方波的典型周期内,输出端及电容器C上的电压波形。设t 0时,vc FVz,则T/2的时间内,电容C上的电压vc将以指数规律由 FVz向Vz方向变化,电容端电压随时间变化规律为对 T求解,可得频率为tRfCvc(t)VZ1(1 F)e(3-4)T2RfC设 T 为方波的周期,当t T/2时,vc(T/2)FVZ,代入上式可得Tvc()VZ1(1 f)e2 F
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