模擬電子課程設(shè)計(jì)--波形信號(hào)發(fā)生器

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1、模擬與數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：波形信號(hào)發(fā)生器專業(yè)班級(jí)：電子信息工程1002學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：題目：信號(hào)發(fā)生器摘要信號(hào)發(fā)生器又稱為波形發(fā)生器，是一種能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電子儀器，是工業(yè)生產(chǎn)和電工電子實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常使用的電子儀器之一。信號(hào)發(fā)生器可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，而頻率越高產(chǎn)生波形越多的信號(hào)發(fā)生器越好，可以從信號(hào)發(fā)生器的制作條件及使用領(lǐng)域方面考慮其實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字系統(tǒng)中需要的特殊信號(hào)，如方波、三角波等，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

2、器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)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。波形發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各大院校和科研場(chǎng)所。隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的需求，而我們?cè)O(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。關(guān)鍵詞：正弦波；方波；三角波；低頻信號(hào)源引言：信號(hào)發(fā)生器是科研、教學(xué)、制造業(yè)中一種最常用的通用儀器，輸出波形一般固定為正弦波、三角波、鋸齒波和方波，不能實(shí)現(xiàn)有時(shí)在實(shí)驗(yàn)或工程應(yīng)用中需要的特殊信號(hào)給用戶使用帶來(lái)不便。雖然目前市場(chǎng)上的高性能的任意信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)出現(xiàn)，但是價(jià)格昂貴，對(duì)于一般機(jī)電

3、控制的用戶而言頻帶不需要很寬。所以一種既能滿足一定頻率和波形性能要求又價(jià)格低廉的超低頻任意信號(hào)發(fā)生器就成為了一種需求。本課題提出一種既能滿足使用要求又價(jià)格低廉的原理樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)原理樣機(jī)的性能提出了改進(jìn)方案。1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能；（2）正弦波幅值±10V，方波幅值±10V；（3）三角波峰-峰值20V，各種輸出波形幅值在一定范圍內(nèi)可調(diào)；（4）輸出波形工作頻率范圍為100HZ~10KHZ，且連續(xù)可調(diào)。2方案設(shè)計(jì)與論證方案一∶采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法

4、中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。方案二∶采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需要頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需要頻率信號(hào)，抑制雜散分量，并且避免了量的濾波器，有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。而且，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)，如幅度、頻率相信都很難控制。方案三：經(jīng)過思考和討論，信號(hào)發(fā)生器主要應(yīng)用運(yùn)

5、算放大器組成的滯回比較器積分器和帶通濾波器來(lái)產(chǎn)生各種信號(hào)。這種方法調(diào)試方便，功能完備，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號(hào)質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。文氏電橋正弦波發(fā)生器電壓比較器產(chǎn)生方波積分電路產(chǎn)生三角波幅度控制頻率控制圖1.正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波—方波—三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，電路框圖如上。利用文氏電橋反饋型振蕩電路產(chǎn)生正弦波，并通過調(diào)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)中的RC值來(lái)達(dá)到頻率的控制，接著在發(fā)生器后串上一放大電路從而達(dá)到幅值的控制；方波的產(chǎn)生利用電壓

6、比較器產(chǎn)生，占空比利用改變參考電壓來(lái)控制，而幅值的控制則在輸出端串接一個(gè)滑動(dòng)變阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，十分方便；三角波則利用積分電路來(lái)產(chǎn)生，串接放大電路從而達(dá)到幅值的控制。3單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1單元電路設(shè)計(jì)(1)正弦波發(fā)生電路的工作原理圖2.正弦波發(fā)生器原理圖圖3.正弦波發(fā)生器工作波形正弦波發(fā)生器電路如圖2所示，它由放大電路即運(yùn)算放大器與反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成。運(yùn)算放大器施加負(fù)反饋就為放大電路的工作方式，施加正反饋就為振蕩電路的工作方式。圖中電路既應(yīng)用了經(jīng)由R3和R4的負(fù)反饋，也應(yīng)用了經(jīng)由串并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)的正反饋。電路特性取決于是正反饋還是負(fù)反饋占

7、優(yōu)勢(shì)。（2）正弦波—方波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖4.方波發(fā)生器原理圖圖5.方波發(fā)生器工作波形正弦波轉(zhuǎn)換為方波，采用了電壓比較器，通過與反相端輸入的參考電壓比較輸出方波波形，調(diào)節(jié)參考電壓可以改變方波占空比；方波幅值要達(dá)到±10V可調(diào)則在比較器輸出端串接滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)方波幅值。（3）方波—三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖6.方波產(chǎn)生三角波原理圖圖7.三角波發(fā)生器工作波形方波轉(zhuǎn)換成三角波，采用積分電路，并通過正向放大器使其幅值可調(diào)。3.2參數(shù)計(jì)算和頻率有關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)定振蕩條件：,在選頻網(wǎng)絡(luò)中，選擇,根據(jù)頻率的變化范圍計(jì)算可變電阻值如下;同理所以選擇滑動(dòng)變阻器的

8、范圍在之間變化,與電容并聯(lián)，而且保持兩個(gè)滑動(dòng)變阻器同時(shí)變化。負(fù)反饋回路參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)振蕩條件:在