信號(hào)發(fā)生儀教具設(shè)計(jì).docVIP

信號(hào)發(fā)生儀教具設(shè)計(jì) 張阿梅 （西安外事學(xué)院，陜西西安710077） 【摘要】信號(hào)發(fā)生儀教具將主要用于高校的電工電子類實(shí)踐教學(xué)。信號(hào)發(fā)生器主要由RC橋式震蕩器，滯回比較器，積分器三大主要電路模塊構(gòu)成。其原理簡(jiǎn)單，使用方便。 關(guān)鍵詞教具；rc橋式震蕩；滯回比較器；積分器 0引言 現(xiàn)有的信號(hào)發(fā)生儀只是作為一種信號(hào)源來(lái)使用，而對(duì)于高校具體實(shí)踐教學(xué)來(lái)說(shuō)并不能真正達(dá)到教與學(xué)的目的。其缺點(diǎn)有三個(gè)：1）外觀封裝比較嚴(yán)實(shí)，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)人為的增加了認(rèn)識(shí)難度；2）現(xiàn)有的信號(hào)發(fā)生儀側(cè)重輸出結(jié)果，內(nèi)部電路大多采用昂貴的集成塊來(lái)代替分立元件，這對(duì)于初學(xué)發(fā)生器電路者理解電路原理增加了很大的難度；3）現(xiàn)有的信號(hào)發(fā)生儀只能通過(guò)外部的按鍵來(lái)改變輸出信號(hào)的頻率或者幅值，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)并不能直觀的觀察到那些參數(shù)的改變可以調(diào)整輸出波形的頻率和幅值。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，本文的主要目的是提供一種信號(hào)發(fā)生儀教具，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單，使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)。 1設(shè)計(jì)思路 此信號(hào)發(fā)生儀教具針對(duì)以上的問(wèn)題，做了如下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)改進(jìn)：1）外觀采用有機(jī)玻璃或者透明硬塑料制成，可以幫助初學(xué)者直觀的認(rèn)識(shí)信號(hào)發(fā)生儀的產(chǎn)生電路、工作原理及輸出結(jié)果；2）信號(hào)發(fā)生儀的主電路采用最便宜，最常見(jiàn)的分立元件來(lái)制作，采用這些元器件既減少了信號(hào)發(fā)生儀的生產(chǎn)成本，又讓初學(xué)者了解到每個(gè)元器件在電路中所起不同作用，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的真正目的；3）此信號(hào)發(fā)生儀的部分重要元件用可調(diào)部件代替，這樣初學(xué)者可以在相同環(huán)境下改變電路參數(shù)，觀察對(duì)輸出信號(hào)的影響，達(dá)到舉一反三的目的。 2設(shè)計(jì)原理 信號(hào)發(fā)生儀教具，包括有殼體，殼體底部設(shè)有PCB元件板，PCB元件板上設(shè)有控制電路，控制電路通過(guò)電源電路與殼體的背部的開(kāi)關(guān)相連；殼體的前部設(shè)有正弦按鈕、方波按鈕和三角波按鈕，分別與控制電路相連；殼體前部還設(shè)有頻率和幅值參數(shù)調(diào)整旋鈕。 2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用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。先通過(guò)RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過(guò)電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過(guò)積分電路形成三角波。文氏橋振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，其特點(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f=1/2RC.改變RC的值，可得到不同的頻率正弦波信號(hào)輸出。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波變換成方波輸出。用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波。 2.2單元電路設(shè)計(jì) 2.2.1正弦波產(chǎn)生電路 正弦波由RC橋式振蕩電路，即文氏橋振蕩電路產(chǎn)生。文氏橋振蕩器具有電路簡(jiǎn)單、易起振、頻率可調(diào)等特點(diǎn)而大量應(yīng)用于低頻振蕩電路。正弦波振蕩電路由一個(gè)放大器和一個(gè)帶有選頻功能的正反饋網(wǎng)絡(luò)組成。其振蕩平衡的條件是AF1以及a+f=2n。其中A為放大電路的放大倍數(shù)，F(xiàn)為反饋系數(shù)。振蕩開(kāi)始時(shí)，信號(hào)非常弱，為了使振蕩建立起來(lái)，應(yīng)該使AF略大于1。 放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)，因此通常選用引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大電路。正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋電壓Uf是同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運(yùn)算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例系數(shù)是電壓放大倍數(shù)，根據(jù)起振條件和幅值平衡條件有Av=1+Rf/R13,且振蕩產(chǎn)生正弦波頻率f0=1/2Rc。D1、D2的作用是，當(dāng)Vo1幅值很小時(shí)，二極管D1、D2接近開(kāi)路，近似有Rf9.1K2.7K11.8K，Av=1+Rf/R1=3.3=3,有利于起振；反之當(dāng)Vo的幅值較大時(shí)，D1或D2導(dǎo)通，Rf減小，Av隨之下降，Vo1幅值趨于穩(wěn)定。 利用RC橋式震蕩電路產(chǎn)生正弦波，其中的RC串并聯(lián)支路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼并選頻網(wǎng)絡(luò)，電阻R2，R5，以及熱敏電阻構(gòu)成負(fù)反饋支路并且穩(wěn)幅。調(diào)節(jié)電位器R2，可以改變負(fù)反饋深度，以便于滿足震蕩的振幅條件和改變波形。 2.2.2方波產(chǎn)生電路 正弦信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)遲滯比較器后輸出方波。電路工作原理：運(yùn)放同相端接基準(zhǔn)電壓，即U+=0,反相端輸入電壓Uo1，負(fù)向輸入端電阻為平衡電阻。輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，單限比較器雖然靈敏，但是抗干擾能力比較弱，滯回比較器具有滯回特性，既具有慣性，因而具有一定的抗干擾能力，所以我們?cè)诖诉x擇滯回比較器產(chǎn)生方波。當(dāng)輸入為正弦波時(shí)，產(chǎn)生的是方波，其中穩(wěn)壓管的作用是限幅。 2.2.3三角波產(chǎn)生電路 利用積分產(chǎn)生三角波,從矩形波產(chǎn)生電路中的電容器上的輸出電壓，可得到一個(gè)近似的三角波信號(hào)。由于它不是恒流充電，隨時(shí)間t的增加uc上升，而充電電流i隨時(shí)間而下降，因此uc輸出的三角波線性較差。此電路通過(guò)保證電容器恒流充放電，用集成運(yùn)放組成的積分電路代替RC積分電路提高了三角波的線性。 3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 第一部分控制電路的組成：正弦波、方波和三角波發(fā)生器電路組成信號(hào)發(fā)生儀的核心控制器件。第一級(jí)正弦波輸出采用RC橋式正弦波振蕩器電路來(lái)完成，接線是PCB元件板上的正弦信號(hào)輸出端與殼體的正弦波接線旋鈕相連；第二級(jí)方波輸出采用滯回比較器電路來(lái)完成，接線是PCB元件板上的方波信號(hào)輸出端與殼體的方波接線旋鈕相連；第三級(jí)三角波輸出采用積分電路來(lái)完成，接線是PCB元件板上的三角波信號(hào)輸出端）與殼體的三角波接線旋鈕相連。 第二部分控制電路的組成：RW2負(fù)責(zé)調(diào)整波形的幅值和整個(gè)電路的起振，PCB元件板上的RW2調(diào)整端與殼體的幅值調(diào)整旋鈕相連，RW2負(fù)責(zé)調(diào)整波形的頻率，PCB元件板上的RW2調(diào)整端與殼體的頻率調(diào)整旋鈕相連。 第三部分電源電路包括變壓器電路、橋式整流電路、電容濾波電路、三端穩(wěn)壓電路。變壓器電路主要是由220V-9V降壓來(lái)完成。具體接線端是變壓器的220V輸入接線端通過(guò)開(kāi)關(guān)與電源的接線端相連；橋式整流電路采用采用RS508來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸入端與變壓器的輸出端相連；濾波電路采用電解電容和瓷片電容結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸入端與RS508輸出端相連；穩(wěn)壓電路主要采用有固定輸出的三端穩(wěn)壓器LM7805和LM7905來(lái)實(shí)現(xiàn)。最終電源的+5V輸出端分