信号发生器设计1.docx

信号发生器设计1.docx

《信号发生器设计1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号发生器设计1.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

信号发生器设计1

一、课题名称

信号发生器设计（B）

二、设计内容及要求

设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。

输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：

1、输出信号的频率范围为100--1000Hz，步进为100Hz。

（60分）

2、要求输出信号无明显失真，特别是正弦波信号。

（30分）

范围满足设计要求得满分，否则酌情扣分。

输出信号无明显失真可满分，有明显失真酌情扣分。

发挥部分（附加１０分）：

　　进一步扩大输出信号范围和减小步进频率。

三、比较和选定设计的系统方案，画出系统框图

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。

本课题采用先产生正弦波—方波波，再将方波变换成三角波的电路设计方法，

本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：

正弦波矩形波三角波

四、单元电路的设计、参数的计算和器件的选择

（1）正弦波产生电路

正弦波的产生采用了RC桥式振荡电路

（a）.RC串并联网络的频率特性

RC串并联电路如图（a）所示，在信号频率很低时，可等效成图（b）电路。

在低频等效电路中，Z1=-jXc1，Z2=R2。

低频时，由于Xc1>>R2，所以在信号频率很高时，其等效电路如图6.4（c）所示。

在高频等效电路中，Z1=R1，Z2=-jXc2。

高频时，由于R1>>Xc2，所以

（b）.RC桥式振荡电路分析

RC桥式振荡电路如下所示。

根据自激振荡的条件，φ=φa+Φf=2πn，其中RC串并联网络作为反馈电路，当f=fo时，φf=0°，所以放大器的相移应为φa=0°，即可用一个同相输入的运算放大器组成。

又因为当f=fo时，F=1/3，所以放大电路的放大倍数A≥3。

起振时A>3，起振后若只依靠晶体管的非线性来稳幅，波形顶部容易失真。

为了改善输出波形，通常引入负反馈电路。

其振荡频率由RC串并联网络决定，fo=1/（2πRC）。

图（b）为RC桥式振荡电路的桥式画法。

RC串并联网络及负反馈电路中的Rf、R′1正好构成电桥四臂。

（c）.参数的计算：

根据fo=1/（2πRC），fo=100~1000Hz,C=10Nf,R=1/2πCfo

经计算，f=100Hz,R=15.9kΩf=600Hz,R=2.65kΩ

f=200Hz,R=7.95kΩf=700Hz,R=2.27kΩ

f=300Hz,R=5.3kΩf=800Hz,R=1.98kΩ

f=400Hz,R=3.975kΩf=900Hz,R=1.77kΩ

f=500Hz,R=3.18kΩf=1000Hz,R=1.59kΩ

（d）.器件的选择：

运放采用的是LM741

（2）矩形波产生电路

电路原理为电压滞回比较，如图

电路有两个阀值电压，输人电压U1，从小变大过程中使输出电压UO产生跃变的阀值电压UTI，不等于uI从大变小过程中使输出电压UO产生跃变的阀值电压UT2电路具有滞回特性。

它与单限比较器的相同之处在于：

单输人电压向单一方向变化时，输出电压只跃变一次。

 滞回比较器及其电压传输特性

　　从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO＝±UZ。

集成运放反相输人端电位UP＝UI同相输入端电位

　　令UN=UP求出的uI就是阀值电压，因此得出

　　输出电压在输人电压u等于阀值电压时的变化：

假设uI<-UT，那么Un一定小于Up，因而UO＝+UZ，所以uP=+UYO。

只有当输人电压uI增大到+UT，再增大一个无穷小量时，输出电压UO才会从+UT跃变为-UT。

同理，假设UI>+UT，那么UN一定大于uP，因而UO＝-UZ，所以uP＝-UT。

只有当输人电压UI减小到-UT，再减小一个无穷小量时，输出电压UO才会从-UT跃变为+UT。

可见，UO从+UT跃变为-UT和从-UT跃变为+UT的阀值电压是不同的，电压传输特性如图。

从电压传输特性上可以看出，当-UT＜uI＜+UT时，UO可能是-UT，也可能是+UT。

如果uI是从小于-UT，的值逐渐增大到-UT

曲线具有方向性，如图中所示。

实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输人电压足够大时，输出电压UO才为±UZ。

UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中，随着uI的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。

滞回比较器中引人了正反馈，加快了UO的转换速度。

例如，当UO＝+UZ、uP=+UT时，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即会产生如下的正反馈过程：

UO的下降导致uP下降，而UP的下降又使得UO进一步下降，反馈的结果使UO迅速变为－UT，从而获得较为理想的电压传输特性。

器件选择：

该单元电路的运放选取TL082CP

（3）三角波产生电路

器件选择：

运放采用LM741H

五、画出完整的电路图（见附页），并说明电路工作的原理

六、组装调试的内容：

七．总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进的意见和展望。

八．列出系统需要的元器件

集成运放LM741H2个TL082CD1个

二极管2个5.1v稳压二极管2个

电阻100Ω1个电位器0~5kΩ1个

电阻1kΩ3个电阻1.8kΩ1个

电阻10kΩ2个电阻20kΩ2个

电阻400kΩ2个电容100nf3个

电阻15.9kΩ2个电阻2.65kΩ2个

电阻7.95kΩ2个电阻2.27kΩ2个

电阻5.3kΩ2个电阻1.98kΩ2个

电阻3.975kΩ2个电阻1.77kΩ2个

电阻3.18kΩ2个电阻1.59kΩ2个

九．列出参考文献

1．阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006

2.华成英童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社

十．收获体会