简易信号发生器65365.docx

简易信号发生器65365.docx

《简易信号发生器65365.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易信号发生器65365.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

简易信号发生器65365

2011~2012学年第二学期

《简易信号发生器》

课程设计报告

题目：

简易信号发生器设计（方案一）

专业：

电气工程及其自动化

班级：

姓名：

指导教师：

电气工程系

2011年5月12日

任务书

课题名称

简易信号发生器设计

指导教师（职称）

江春红

执行时间

2011~2012学年第2学期第12周

学生姓名

学号

承担任务

设计目的

1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术

2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。

3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。

设计要求

1、设计要求

电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；

2、技术指标

输出频率范围：

100HZ-1KHZ，1KZ-10KHZ;输出电压：

方波Vp-p≤24V,

三角波Vp-p=6V,正玄波Vp-p≥1V;方波tr小于100nS.

摘要

在模拟电子电路中，常常需要各种波形的信号，如正弦波，矩形波，三角波和锯齿波等，作为测试信号或控制信号等。

为了使所采集的信号能够用于测量、控制、驱动负载或送入计算机，常常需要将信号进行变换。

本课题主要讲述有关波形的发生，工作原理及主要参数。

信号发生器是指在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激震荡而产生正弦波，方波，三角波输出电压的电路。

函数信号发生器的设计可以有不同的方案可以先由方波通过积分电路产生正弦波再通过低通滤波电路产生正弦波，还可以通过先产生正弦波通过积分电路产生三角波再通过差分放大电路产生正弦波；尽管各种设计方法的不同，但所需要产生的结果都是相同的，本课题的设计方案是先产生正弦波，再通过整形电路产生将正弦波变成三角波，再由积分电路产生方波。

目录

第1章简易信号发生器的工作原理.........................................4

1.1正弦波..............................................................................................4

1.1.1正弦波的形成...............................................................................4

1.1.2正弦波发生器的仿真和调试......................................................5

1.2方波.................................................................................................6

1.2.1方波的形成..................................................................................6

1.2.2方波发生器的仿真和调试..........................................................7

1.3三角波...........................................................................................8

1.3.1三角波的形成............................................................................8

1.3.2三角波发生器的仿真和调试..................................................11

第二章函数发生器.............................................................12

2.1函数发生器IC8038的工作原理................................................12

2.1.1函数发生器的IC8038的电路结构.........................................12

2.1.2函数发生器的工作原理和性能特点.......................................13

2.2三种波形的形成............................................................................13

2.2.1IC8038的接法及波形的输出....................................................14

2.2.2.集成电路的仿真和调试............................................................15

第3章数据收集.......................................................................15

第4章实验总结........................................................................16

第一章：

简易信号发生器的工作原理

1：

正弦波

1.1.1:

正弦波的形成

正弦波振荡电路的振荡条件：

或AF=1

在上式中，仍设，，则可得：

　　　　　　　　　　　，即

和　　　　　　　　　　，N=0,1,2···

RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）

图1.1.1为RC桥式正弦波振荡器。

其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。

调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。

利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。

D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。

R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

电路的振荡频率

起振的幅值条件

≥2　

式中Rf＝RW＋R2＋（R3//rD），rD—二极管正向导通电阻。

调整反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小。

如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。

如波形失真严重，则应适当减小Rf。

改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。

一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。

图1.1桥式正弦波振荡器

1.1.2正弦波发生器的仿真和调试

图1.2正弦波

波形如图（1.1.2）所示。

当电位器R6的百分比小（小于29％）时，电路不能震荡，当电位器R6的百分比至一个合适值时（29％―33％）时，电路能够震荡，且输出波形正常，如图（1.1.2）所示。

继续增大电位器R6的百分比（大于33％），则输出的波形失真。

2　方波

1.2.1:

方波的形成

由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。

图1.2.1所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波—三角波发生器。

它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。

主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

电路振荡频率

　　式中　R1＝R1'＋RW'R2＝R2'＋RW"

方波输出幅值　　　Uom＝±UZ

三角波输出幅值　

调节电位器RW（即改变R2／R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。

如要互不影响，则可通过改变Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节。

图1.21方波发生器

1.2.2方波发生器的仿真和调试

打开示波器的窗口，调节电位器R5；当电位器R5的百分比为50％时，电路输出波形如图（1.2.2）所示，当继续增大电位器R5的百分比时，在电压不变的情况下，输出方波的幅值不会改变。

3：

三角波

1.3.1:

三角波的形成

（1）:

工作原理

三角波发生器的电路，图1.3.1中集成运放A1组成滞

图1.3.1

回比较器，A2组成积分电路。

滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的装条发生跳变。

假设t=0时积分电容上的初始电压为零，而图1.3.2滞回比较器输出端为高电平，即uo1=+Uz。

因集成运放A1同相输入端的电压u+同时与uo1和uo有关，根据叠加定理

可得

此时uo=0，而u01=+Uz，故u+也为高电平。

而当uo1=+Uz时，经反向积分，输出电压uo将睡着时间往负方向线性增长，则u+将随之逐渐减小，当减小至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使uo1由+Uz跳变为-Uz，此时u+也将跳变成为一个负值。

当uo1=-Uz时，积分电路的输出电压uo将随着时间往正方向线性增长，u+将随之逐渐增大，当增大至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，u01由-Uz跳变为+Uz。

以后舒服上述过程，于是滞回比较器的输出电压u01成为周而复始的矩形波，二积分电路的输出电压uo也成为周期性重复的三角波。

在uo1=-Uz期间，积分电路的输出电压uo往正方向线性增长，此时u+也随着增长，当增长至u+=u-=0时，滞回比较器的输出电压uo1发生跳变，而发生跳变时的uo值即是三角波的最大值Uom。

将条件uo1=-Uz，u+=0和uo=Uom代入上式，可得可解得三角波的输出幅度为

在积分电路对uo1=-Uz进行积分的半个振荡周期内，输出电压uo由-Uom上升至+Uom，则对积分电路可列出一下表达式：

即所以三角波的振荡周期为

三角波的输出幅度与稳压管的Uz以及电阻值之比R1/R2成正比。

三角波的振荡周期则与积分电路的时间常数R3C以及电阻值之比R1/R2成正比。

在实际工作中调整三角波的输出幅度和振荡周期时，在Uz值确定之后，应该先调整电阻R1和R2，使输出幅度达到规定值，然后再调整R3和C使振荡周期满足要求。

（2）:

元件参数计算过程和公式：

但接通电源时，C上电压为0。

第一暂态：

uo1↑→up1↑→uo1↑，直至uo1=Uz；

第二暂态：

积分电路反向积分，t↑→uo↓，当uo>-UT，uo1从+Uz跃变为-Uz。

积分电路正向积分，t↑→uo↑，当uo>+UT，uo1从-Uz跃变为+Uz，返回第一暂态。

重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。

令uo1=uN1=0，当uo1=Uz代入，可得：

所以

（3）:

选定器件列表：

已知：

R1=20KΩR2=20KΩR3=10KΩR4=3KΩR5=15KΩC=0.1uFUz=6V

由以上已知条件可以求出

图1.3.2图1.3.3

1.3.2：

三角波发生器的仿真和调试

仿真图如图所示

仿真后的波形图

打开示波器的窗口，调节电位器R5和电阻R2的值：

调节电位器R5的百分比50％

，当调节R2的阻值20千欧不变。

可得到如图所示的波形，继续增大电位器R5的百分比时则输出信号的频率会增大。

第二章：

函数发生器

2:

函数发生器IC8038的工作原理

2.1.1:

函数发生器的IC8038的电路结构

ICL8038管脚图如图2.1.1所示

图2