信號(hào)發(fā)生器論文

1、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1.概述1.1 任務(wù)說明1 .設(shè)計(jì)、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器2 .輸出波形：方波、三角波、正弦波3 .頻率范圍三段：10100Hz,100Hz1KHz;1KHz10KHz4,正弦波U3V,三角波U5V,方波g14V1.2 信號(hào)發(fā)生器發(fā)展現(xiàn)狀隨著信息科技的發(fā)展，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，這就需要能產(chǎn)生高頻信號(hào)的振蕩器。在電子工程中，常常用到正弦信號(hào)，作為信號(hào)源的振蕩電路，主要的要求是頻率準(zhǔn)確度高、頻率穩(wěn)定性好、波形失真小和振幅穩(wěn)定度高等。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高

2、頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火，超聲波焊接，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。可見，正弦波振蕩電路在各個(gè)科學(xué)技術(shù)部門的應(yīng)用是十分廣泛的。正弦波振蕩電路廣泛應(yīng)用于無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器等。正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(hào)。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電是從電源的直流電轉(zhuǎn)換而來的。1.3 信號(hào)發(fā)生器的分類信號(hào)發(fā)生器用途廣泛、種類繁多，它分為通用信號(hào)發(fā)生器和專用信號(hào)發(fā)生器兩大類。專用儀器是為某種專用目的而設(shè)計(jì)制作的，能夠提供特殊的測(cè)量信號(hào)，如調(diào)頻立

3、體聲信號(hào)發(fā)生器、電視信號(hào)發(fā)生器等。通用信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用面廣，靈活性好，可以分為以下幾類：1、按發(fā)生器輸出信號(hào)波形分類按照輸出信號(hào)波形的不同，信號(hào)發(fā)生器大致分為正弦信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器。應(yīng)用最廣泛的是正弦信號(hào)發(fā)生器。正弦信號(hào)是使用最廣泛的測(cè)試信號(hào)。這是因?yàn)楫a(chǎn)生正弦信號(hào)的方法比較簡(jiǎn)單，而且用正弦信號(hào)測(cè)量比較方便。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器也比較常用，這是因?yàn)樗粌H可以輸出多種波形，而且信號(hào)頻率范圍較寬。脈沖信號(hào)發(fā)生器主要用來測(cè)量脈沖數(shù)字電路的工作性能和模擬電路的瞬態(tài)響應(yīng)。隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器即噪聲信號(hào)發(fā)生器，用來產(chǎn)生實(shí)際電路和系統(tǒng)中的模擬噪聲信號(hào)，借以測(cè)量電路的噪聲特性。2、按工

4、作頻率分類按照工作頻率的不同，信號(hào)發(fā)生器分為超低頻、低頻、視頻、高頻、甚高頻、超高頻信號(hào)發(fā)生器。3、按調(diào)制方式分類按調(diào)制方式的不同，信號(hào)發(fā)生器分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等類型。1.4 信號(hào)發(fā)生器的用途信號(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。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。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)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感

5、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。在電子測(cè)量過程中，信號(hào)發(fā)生器主要用于：1、側(cè)元件參數(shù)。如測(cè)量電感、電容及Q值、損耗角等。2、測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性、相頻特性等。3、測(cè)試接收機(jī)的性能。如測(cè)接收機(jī)的靈敏度、選擇性、AGGE圍等指標(biāo)。4、測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)響應(yīng)。如用方波或窄脈沖激勵(lì)，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的階躍響應(yīng)、沖激響應(yīng)和時(shí)間常數(shù)等。5、校準(zhǔn)儀表。輸出頻率、幅度準(zhǔn)確的信號(hào)，校準(zhǔn)儀表的衰減器、增益及刻度等。2.電路設(shè)計(jì)正弦信號(hào)發(fā)生器包括低頻、高頻、甚高頻、超高頻信號(hào)發(fā)生器等，低頻、高頻信號(hào)發(fā)生器的使用很廣泛。2.1 低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器又稱為音頻信號(hào)發(fā)生器,

6、用來產(chǎn)生頻率范圍為1Hz1MHz的低頻正弦信號(hào)、方波信號(hào)及其他波形信號(hào)。它是一種多功能、寬量程的電子儀器，在低頻電路測(cè)試中應(yīng)用比較廣泛，還可以為高頻信號(hào)發(fā)生器提供外部調(diào)制信號(hào)。低頻信號(hào)發(fā)生器的原理方框圖如圖2-1所示。它主要包括主振器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器和指示電壓表等。心電壓，出圖2-1低頻信號(hào)發(fā)生器的原理方框圖主振級(jí)產(chǎn)生低頻正弦振蕩信號(hào)，經(jīng)電壓放大器放大，達(dá)到電壓輸出幅度的要求，經(jīng)輸出衰減器可直接輸出電壓，用主振輸出調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。電壓輸出端的負(fù)載能力很弱，只能供給電壓，故為電壓輸出。振蕩信號(hào)再經(jīng)功率放大器放大后，才能輸出較大的功率。阻抗變換器用來匹

7、配不同的負(fù)載阻抗，以便獲得最大的功率輸出。電壓表通過開關(guān)換接，測(cè)量輸出電壓或輸出功率。2.2 高頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器和甚高頻信號(hào)發(fā)生器統(tǒng)稱為高頻信號(hào)發(fā)生器，它們?cè)诟哳l電路測(cè)試中應(yīng)用比較廣泛。高頻信號(hào)發(fā)生器通常用來產(chǎn)生200kHz30MHz勺正弦波或調(diào)幅波信號(hào)，如無特別說明，均特指此種高頻信號(hào)發(fā)生器。甚高頻信號(hào)發(fā)生器用來產(chǎn)生30MHt300MHz勺正弦波、調(diào)幅波或調(diào)頻波信號(hào)。高頻信號(hào)發(fā)生器主要包括主振級(jí)、調(diào)制級(jí)、內(nèi)調(diào)制振蕩器、輸出級(jí)、監(jiān)測(cè)器和電源組成。具原理框圖如圖2-2所示。主振級(jí)產(chǎn)生的高頻正弦信號(hào)，送入調(diào)制級(jí)用內(nèi)調(diào)制振蕩器或外調(diào)制輸人的音頻信號(hào)調(diào)制，再送到輸出級(jí)，以保證有一定的輸出電平

8、調(diào)節(jié)范圍和恒定的源阻抗。監(jiān)視器用來側(cè)量輸出信號(hào)的載波的電平和調(diào)幅系數(shù)。圖2-2高頻信號(hào)發(fā)生器的原理方框圖-R1j>:爭(zhēng)5k"jj*-T、*Ti.jjdakLLJjjaauniusniiijjau：R3：-AAA,-330L:<2Vn：D.2ZuFVEEMC4558CUilIIMuIIUli!VEE1H4001-15VJ.50%Ma：R4:,Key-A1X)Ok|；D1*：R5：741M4001圖2-3RC正弦波振蕩器電路如圖2-3所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可選擇電阻R1,R2土勻?yàn)?5kQ,R4為100kQ的可調(diào)電位器。電容C1和C2為0.22懺，D1,D2為1N4001,采用的

9、集成運(yùn)放為MC4558。R1、C1、R2、C2組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，運(yùn)放、R4、R5、D1、D2組成同相比例放大器，D1,D2具有穩(wěn)幅作用。在此電路中，由RC用、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成正反饋支路和選頻網(wǎng)絡(luò)，這部分電路決定了電路的振蕩頻率；由R4、D1、D2和R5組成負(fù)反饋支路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。負(fù)反饋電路控制運(yùn)算放大器的增益。反饋過深，不易起振，反饋過小，容易造成波形失真。調(diào)節(jié)R4為適當(dāng)值，電路即能起振，輸出正弦波，并利用D1、D2的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。并聯(lián)電阻R5有改善二極管非線形引起波形失真的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，常選取文氏電橋兩個(gè)支路中的R、C相同，當(dāng)R選用同軸雙連電位器，即可以實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的連續(xù)可調(diào)，

10、輸出正弦波的頻率為：fo12二RC:VEOkQ-15VVEE,*1uFvccLM32Ala,D1：”1N750A2.3 方波產(chǎn)生電路2.3.1 方波發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理V二”RRf如圖2-4所示的方波發(fā)生器電路，其中電與Rf組成負(fù)反饋支路，運(yùn)放同相端的電壓為：電阻Ri、Rp和電容C組成運(yùn)放的正反饋支路。當(dāng)電容C的端電壓V（等于運(yùn)放的反向端電壓V-）大于V+時(shí)，輸出電壓Vo=Vz（雙向穩(wěn)壓管VD的限幅電壓），則電容C經(jīng)電阻Ri、Rp放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到比V十小時(shí)，比較器的輸出電壓Vo=+Vz,電容C又經(jīng)過電阻Ri、Rp充電，電容的端電壓Vc又開始上升，如此反復(fù)，則輸出電壓Vo為周期

11、性方波。方波的頻率為11f=一二T2RRP.ln（12R/Rf調(diào)節(jié)電路中的Rp可以改變頻率。RpKey=A100kQvcc：D2:y1N750AIQkQRf<：I圖2-4方波發(fā)生器2.4三角波產(chǎn)生電路2.4.1 三角波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)與基本工作原理：R1：-AA/V-2.5k£)SBB-二：R2；WV：1OK0:*ss*C1*VEE2MveE：U3A12,VCCLMJ24ADVCCR410k其工作原理如下:圖2-5三角波發(fā)生器電路當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)電壓增益足夠大時(shí)，可認(rèn)為iR=ic，其中又由虛短和虛斷,QVo-Y=-內(nèi)C1.1.1cdt=-Ijdtcc11=-Vidt=Vidt式中，

12、RC,稱為積分器的時(shí)間常數(shù)3.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總電路圖與電路仿真3.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總電路圖根據(jù)上述獨(dú)立單元電路的設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)總的電路圖如圖3-1所示vcc：1明GHHMEE?加nFJ1讓您：11U3ALMJ?4AB10股R11Q.l«T圖3-1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總原理圖通過看示波器波形，可得出正弦波發(fā)生器中電位器調(diào)到R4調(diào)到50K時(shí)開始起振,調(diào)大R4則不能起振，而調(diào)到40K時(shí)波形出現(xiàn)失真，起振是由弱變強(qiáng)的?？傠娐返念l率有R1,C1,R2,C2決定，令R1=R2,C1=C2,fo2二RC如圖R為15K,C為0.22uF,可算出頻率為50Hz,所有可通過減小電容值來增大頻率，如C為0.0

13、01uF時(shí)，頻率為10.6kHz,滿足要求。3.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的仿真對(duì)總原理圖進(jìn)行仿真，得到正弦波，方波和三角波的波形如下圖:100HZ正弦波1KHZ正弦波100HZ方波1KHZ方波100HZ三角波4 .用Multisim10電路仿真4.1 輸出方波電路的仿真用Multisim10電路仿真軟件進(jìn)行仿真。從Multisim10仿真元件庫(kù)中調(diào)出所需元件，按電路圖接好線路，方波輸出端接一個(gè)虛擬的示波器，接通電源后，將S1開關(guān)打到方波信號(hào)線檔，可得如圖4-1所示的輸出方波仿真圖。.示法?諉一XSCI圖4-1輸出方波電路的仿真4.2 三角波電路的仿真方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關(guān)打到三角波信號(hào)線檔即可得圖4-2所示的方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖圖4-2輸出三角波電路的仿真4.3 正弦波電路的仿真方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關(guān)打到正弦波信號(hào)線檔即可得圖4-3所示的正弦波波形仿真圖。10壬示遮賽一XSCT圖4-3輸出正弦波電路的仿真函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類別輸出電壓輸出頻率設(shè)計(jì)值實(shí)際值設(shè)計(jì)值實(shí)際值正弦波01.5V01.4V10HZ10kHz62HZ10.3kHZ方波07V07.2V10HZ10kHz62HZ10.3kHZ三角波02.5V02.1V10HZ10kHz62HZ10.3kHZ5 .結(jié)束語在這期