波形發(fā)生器的整體電路設(shè)計(jì)

.PAGE.-..-可修遍-目錄TOC\o"1-2"\p""\h\z\u第一章緒論-1-1緒論………………...-1-第二章設(shè)計(jì)方案-1-2.1方案………………-1-2.2方框圖…………….-2-2.3工作過程………….-2-第三章波形發(fā)生器的根本原理-2-3.1波形發(fā)生器的組成………………-2-3.2正弦波發(fā)生器……-2-3.3方波發(fā)生器………-4-3.4三角波發(fā)生器……-6-3.5直流穩(wěn)壓電源……-8-第四章波形發(fā)生器的整體電路設(shè)計(jì)-10-4.1整體電路………..-10-4.2原理……………..-11-參考文獻(xiàn)-11-附錄：器件清單-11-第一章緒論1緒論函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，通過對(duì)函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器采用模擬電子技術(shù)，由分立元件構(gòu)成振蕩電路和整形電路，產(chǎn)生各種波形，這種信號(hào)發(fā)生器的特性是受測(cè)量對(duì)象的要求所制約的。一般的傳統(tǒng)發(fā)生器都是采用的諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，獲得所需頻率。但也可以根據(jù)頻率合成技術(shù)來獲得所需頻率。利用頻率合成技術(shù)制成的信號(hào)發(fā)生器，被稱為合成信號(hào)發(fā)生器。隨著微處理器性能的提高，出現(xiàn)了由微處理器、D/A以及相關(guān)硬件、軟件構(gòu)成的波形發(fā)生器。它擴(kuò)展了波形發(fā)生器的功能，產(chǎn)生的波形也比以往復(fù)雜。實(shí)質(zhì)上它采用了軟件控制，利用微處理器控制D/A,就可以得到各種簡單波形。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。在測(cè)試與測(cè)量技術(shù)過程中，常用到函數(shù)波形的數(shù)字化生成，它在許多與測(cè)量有關(guān)的領(lǐng)域有著不可替代的作用。例如，數(shù)字化仿真，常被用于算法研究、模型研究、系統(tǒng)辨識(shí)或以蒙特卡羅法搜索模型與算法。任意波形發(fā)生器出現(xiàn)以后，給人們提供的不僅是一個(gè)通用的根底技術(shù)平臺(tái)，而是在人們面前翻開了通往無限寬廣空間的一扇門，使得人們對(duì)于信號(hào)波形的掌握與應(yīng)用再也不必局限于簡單的正弦波、方波等幾種有限的波形了，它可以按照人們提供的測(cè)量序列產(chǎn)生出幾乎任意形狀的連續(xù)波形信號(hào)。第二章設(shè)計(jì)方案2.1方案用RC串—并聯(lián)正弦波振蕩器〔文氏電橋振蕩器〕產(chǎn)生正弦振蕩，然后通過比擬器得到方波，方波積分可的三角波。2.2方框圖文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器頻率選擇控制方波形成電路直流電源三角波形成電路三角波方波正弦波2.3工作過程RC串—并聯(lián)正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的正弦波信號(hào)輸出。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比擬器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。運(yùn)用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波或鋸齒波信號(hào)輸出。第三章波形發(fā)生器的根本原理3.1波形發(fā)生器的組成波形發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用運(yùn)放及別離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用處不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，本課題介紹方波、三角波、正弦波波形發(fā)生器的制作方法。波形發(fā)生器是有根底的非正弦信號(hào)發(fā)生電路和正弦波形發(fā)生電路組合而成。3.2正弦波發(fā)生器又稱RC串并聯(lián)正弦波振蕩器或稱文氏電橋振蕩器，如下圖，其中A放大器由一樣運(yùn)放組成，因此F網(wǎng)絡(luò)由RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成，由于運(yùn)放的輸入阻抗Ri很大，輸出阻抗Ro很小，其中對(duì)F網(wǎng)絡(luò)影響可以忽略不計(jì)，從圖中可得以上分式分母的虛部必須為零，即=0振蕩頻率w=1/RC上式的實(shí)部為1，即起振條件Av=3對(duì)于同向運(yùn)放，Av=1+R2/R1必須滿足R2=3R1由于要求正弦波頻率w=0.02Hz~~1KHz。因?yàn)閣=1/RC，所以RC=0.001~~50，電阻箱R可調(diào)的最大阻值為至少50KΩ，可調(diào)的最小阻值應(yīng)小于1Ω。電容C應(yīng)為1000μF。因?yàn)楸仨殱M足R2=3R1，所以R2為3KΩ，R1為1KΩ。RC串并聯(lián)振蕩器的起振條件為Av>=3，即要求放大器的電壓增益大于等于3，略大于3的原因是由于電路中的各種損耗，使幅度下降給予補(bǔ)償。但Av比3大的過多會(huì)導(dǎo)致輸出正弦波形變差。3.3方波發(fā)生器如下圖，用運(yùn)算放大器協(xié)會(huì)比擬和R、C積分電路組成的，輸出電壓經(jīng)R、C反應(yīng)到運(yùn)放的反向輸出端，因此積分電路期延遲和負(fù)反應(yīng)作用。方波發(fā)生器電路原理圖參看所示電路圖，設(shè)在接通電源時(shí)刻，電容連端電壓Uc=0，輸出電壓Uc=Uz，那么加到運(yùn)放同相輸出端的電壓為Up=Uz=FUz式中，F(xiàn)=。此時(shí)Uo=Uz通過R1想C充電，使運(yùn)放反相輸入電壓Un=Uc，由零逐漸上升。在Un<Up以前，Uo=Uz保持不變。在t=t1時(shí)刻，Un上升略高于Up，Uo由高電平跳到低電平，即變?yōu)?Uz。Uo=-Uz時(shí)，Up=-FUz，同時(shí)Uo=-Uz通過R向C充電，是運(yùn)放反相輸入端電壓Un=Uc由零逐漸上升。在Uo>Up以前，Uo=-Uz保持不變。在t=t2時(shí)刻，Un下降到略小于Up，Uo由低電平跳到高電平，即變?yōu)閁z，又回到原始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)，因此產(chǎn)生震蕩波，輸出方波。根據(jù)上邊分析，可以畫出波形圖由波形可知，Uc從T1時(shí)刻的RzUz/(R1+R2)=FUz下降到T2時(shí)刻的-FUz，再上升到T3時(shí)刻的FUz，所需的時(shí)間就是一個(gè)振蕩周期To在T1到T2這段時(shí)間，Uc的變化規(guī)律是簡單的RC電路充放電規(guī)律，其常數(shù)為RC，初始值為FUz〔T1時(shí)刻〕，終了值為-Uz(t→∞)，故Uc=-Uz+[FUz-(-Uz)]在t=t2時(shí)，Uc=-FUz,代入上式后t2-t1=RCln=RCln(1+)同樣可求的t3-t2=t2-t1=RCln(1+)由于上下電平所占時(shí)間相等，故Uo是方波。其震蕩周期為T=t3-t1=2RCln(1+)選取適當(dāng)?shù)腞1、R2值，使F=R2/(R1+2)=0.47，那么T=2RC，于是振蕩頻率為：因?yàn)橛捎谝笳也l率f=0.02Hz~~1KHz。因?yàn)閒=1/2RC，所以RC=0.0005~~25，電阻箱R可調(diào)的最大阻值為至少50KΩ，可調(diào)的最小阻值應(yīng)小于1Ω。電容C應(yīng)為500μF。因?yàn)樵诜逯禃r(shí)Uc=±Uz且要求輸出方波為±10V所以穩(wěn)壓管應(yīng)選擇IN4740型號(hào)。3.4三角波發(fā)生器根據(jù)RC積分電路輸入和輸出信號(hào)波形的關(guān)系可知，當(dāng)RC積分電路的輸入信號(hào)為方波時(shí)，輸出信號(hào)就是三角波，由此可見，利用方波信號(hào)發(fā)生器和RC積分電路就可以組成三角波信號(hào)發(fā)生器。三角波信號(hào)發(fā)生器如下圖。根據(jù)上圖可以看出在t=0時(shí)，比擬器A1輸出電壓為高電平，電容兩端的電壓為零，即Up1略低于Uo1(0)=Uz,Uc(0)=0,那么積分電路輸出電壓。此時(shí)電容被充電，顯然于是Uo線性下降，Up1也下降，直到t=t1時(shí)，Up1略低于Un1(Un1=0)，即Up1略低于零時(shí)，Uo1從Uz突然跳到-Uz，同時(shí)Up1也跳到更低的值。在t=t1前的一瞬間，Up1=0,Uo1=Uz，從而流過R1和R2的電流相等，那么-Uo(t1)/R1=Uz/R2，故而t=t1后，由于Uo1=-Uz，故電容放電，其兩端電壓于是線性上升，也上升。直到時(shí)，略大于零，Uo1從Uz突然跳到-Uz?？梢?，在t=t2前的一瞬間，Up1=0,Uo1=-Uz，從而流過R1和R2的電流相等，那么-Uo(t1)/R1=Uz/R2，故而在t=t2以后電路周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)，形成震蕩。根據(jù)分析刻畫出tt0Uo1Uo0tUo0t其中Uo1為方波，Uo為三角波。Uo之所以為三角波，是由于電容充放電的時(shí)間常數(shù)相等，積分電路輸出電壓Uo上升和下降的幅度和時(shí)間相等，上升和下降的斜率的絕對(duì)值也相等。顯然，三角波Uo峰值為下面求振蕩周期。由于t2-t1=T/2，而當(dāng)t1<=t<=t2時(shí)有那么可以在調(diào)整三角波電路時(shí)，先調(diào)整R1或R2，使其峰值到達(dá)C所需要的值，然后再調(diào)整R4或C，使頻率f=1/T能滿足要求。因?yàn)樵诜逯禃r(shí)Uc=R2/R1±Uz且要求輸出方波為±10V所以穩(wěn)壓管應(yīng)選擇IN4740型號(hào)，R1為2KΩ，R2為1KΩ。因?yàn)橛捎谝笳也l率f=0.02Hz~~1KHz。因?yàn)閒=R2/4R1R4，所以電阻箱R4可調(diào)的最大阻值為至少50KΩ，可調(diào)的最小阻值應(yīng)小于1Ω。電容C應(yīng)為125μF。3.5直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)化成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，他需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)完成。工頻交流脈動(dòng)直流工頻交流脈動(dòng)直流直流整流濾波穩(wěn)壓負(fù)載直流電源輸出電路如下列圖所示根據(jù)原理設(shè)計(jì)圖所需要的是12V穩(wěn)壓電源，選擇的集成三端穩(wěn)壓器為7812,。其中C1為2000μf,C2C3為0.33μF，C4C5為0.1μF，C6C7為1000μF。電容D2D3D4D5用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，D6D7是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。第四章波形發(fā)生器的整體電路設(shè)計(jì)4.1整體電路正弦波方波三角波78M正弦波方波三角波78M78M124.2原理RC串—并聯(lián)正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的正弦波信號(hào)輸出。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比擬器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。運(yùn)用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波或鋸齒波信號(hào)輸出。參考文獻(xiàn)【1】康華光，電子