正弦波发生器的设计与仿真.docx

正弦波发生器的设计与仿真.docx

《正弦波发生器的设计与仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正弦波发生器的设计与仿真.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

正弦波发生器的设计与仿真

正弦波发生器的设计与仿真

1.课程设计目的

（1）学会利用Protel2004，实现电路绘制以及PCB的生成以及学会设计方法和设计规则的设置，从而对信号发生器有进一步的了解。

并能够对设计结果加以分析。

（2）掌握利用Multisim10的基本操作，完成对电路的仿真和波形的测试分析。

（3）通过对正弦波发发生器的设计和实现，掌握基本信号发生电路的工作原理及设计方法。

2.设计方案论证

本实验使用的一个软件是Multisim，它是一款电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件，电路仿真需要的测试仪器均可以直接从屏幕上选取；软件仪器控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果；Multisim软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法；作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析，设计和制版软件交换数据;Multisim还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

Multisim工作环境如图1所示

图1Multisim工作环境

ProtelDXP包含电路原理图设计，电路原理图仿真测试，印制电路板设计，自动布线器和FPGA/CPLD设计，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。

它提供了进行层次原理图设计的环境，支持“自上而下”和“自下而上”的层次电路设计，能够完成更加大型，更为复杂的电路设计。

ProtelDXP提供了丰富的原件原理图库和PCB封装库，并且库的管理和编辑功能更加完善，草组更加简便。

电路设计人员通过ProtelDXP提供的编辑工具，可以方便的实现库中没有包含的原件原理图以及PCB封装的设计制作。

它提供了原件集成库的概念。

在它的元件集成库中集成了元件的原理图符号，本次设计重要通过ProtelDXP绘图软件完成正弦波发生器原理图的绘制及PCB图的绘制，并利用Multisim软件进行编译、仿真出正弦波波形，并对其进行比较。

本次设计主要用软件ProtelDXP，ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。

ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，提供了全面的设计解决方案。

ProtelDXP工作环境如图2所示

图2ProtelDXP工作环境

3．利用Multisim进行仿真

3.1创建正弦电路原理图

正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。

正弦波产生电路的基本结构是:

引入正反馈的反馈网络和放大电路。

其中:

接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应该具有稳幅特性。

因此，正弦波产生电路一般包括：

放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路各部分。

正弦波振荡电路的组成判断及分类：

（1）放大电路：

保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输入值，实现自由控制。

（2）选频网路：

确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。

（3）正反馈网络：

引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。

（4）稳幅环节：

也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。

正弦波振荡器由基本放大器、反馈网络、选频网络的稳幅网络4部分组成，他们的作用分别是：

放大器和反馈网络组成正反馈放大器,选频网络用来提取特定频率的正弦波发生器。

RC正弦振荡电路原理图如下图3所示

图3RC正弦振荡电路原理图

本次设计采用RC正弦波震荡电路，其功能通常是用来产生频率低于1MHz的低频信号。

本设计中，

串

，

并

，与

和

构成了四臂电桥，反馈网络和选频网络有RC串并连电路组成，反馈信号从运放的正向输入端输入，所以是正反馈，选择的频率满足

选参数时注意，

。

对做出的原理图进行仿真，调整其参数，并调整滑动变阻器，将滑动变阻器调至20%时，对电路进行仿真，双击示波器，进入波形显示界面，调整示波器的时间轴比例为100ms/Div，调整其通道比例为1mV/Div，得到正弦波振荡电路仿真图如图4所示

图4正弦波振荡电路仿真图

3.2调整参数，观察波形

调整电路中的参数，将C1,C2改为10F，对其进行仿真得到正弦波振荡电路图如图5所示

图5正弦波振荡电路图

3.3设计并制作PCB板

（1）绘制电路原理图

根据Multisim仿真电路原理图，在Protel中创建一个正弦波放大器的电路原理图：

点击File->New->Schematic，打开原理图编辑界面，按照仿真原理图，在libraries元件库中找出对应的原件，组成电路原理图，正弦波放大器电路原理图如图6所示

图6正弦波放大器电路原理图

为了能够容易的根据正弦波放大器电路原理图绘制出对应的PCB图，设计电路原理图的时候，尽量选择元件库中原有的元器件，以便在设计PCB图的时候，能够很好的封装，使PCB的制作过程更加简单。

（2）打开ProtelDXP软件，选择选择File->New->PCB命令，则系统生成一张没有定义的边界的PCB图纸，如图7所示

图7打开PCB工作界面

（3）打开PCB图纸后，选择Design->BoardShape->RedefineBoardShape命令进行重定义板型。

光标变成十字形，工作窗口变成绿色，系统进入PCB外形窗口，在PCB图纸的适当位置点击鼠标作为起点，依次完成4个顶点的绘制，这样电路板的卫星轮廓偶就确定下来了，在绘制好的线框霞边界上双击既可以弹出“线条属性”的对话框，在该对话框中可以对线条宽和颜色等特定进行设置，在线条的属性设置完毕后可以选中Lock后面的复选框，这样可以线条锁定，使其位置、线性等参数固定下来，不会受到移动、删除等所悟操作的影响。

如图8所示

图8PCB外形编辑

（4）制作PCB图

当完成了电路原理图的绘制和电路板形状，大小的确定后，确保电路原理图和电路板在同一个项目中，打开PCB，选择Design->lmpotrchangesfromLogamp命令，系统便会自动将原理图载入PCB中。

自动布线

装入原理图至PCB后，把原件封装放入PCB的内部，这就需要对原件封装进行布局。

Protel2004提供了强大的自动布局功能，用户只需要定义好规则，Protel可以将重叠的原件封装分离开。

然后进行手工布局，系统对原件的自动布局一边以寻找最短布线路径为目标，因此原件的自动布局往往不理想，用户需要进行手工调整，或者直接用手工进行器件的布局。

先选中改元器件，然后进行移动、旋转、翻转等操作。

最终形成最理想的布局效果，此时选AutoRoute->All命令，对整个PCB进行布线，根据电路图原理的复杂程度和布线难度的不同，Protel的布线时间也不用。

布线完成后，就得到了PCB图。

PCB原理图如图9所示

图9PCB原理图

4．设计体会

本次课程设计让我受益匪浅，虽然时间不长，但是我还是学到了很多以前没有学过的东西。

学到了一些书本上没有的东西，让我对EDA这门课程有了更深层次的了解，同时我也能够更加熟练的应用ProtelDXP软件和Multisim软件，通过这次课程设计，我能够熟练的使用ProtelDXP软件绘制电路原理图，以及元器件的封装和PCB图的生成，同时，我还更熟练的掌握了Multisim软件的使用方法和功能，并且能够独立的绘制出电路原理图，并能够进行编译仿真。

本次课设除了让我学到了这些东西之外，最重要的是大大的提高了我的动手动脑的能力，让我在以后的生活中都能够更加自信的面对挑战，这次课程设计让我受益匪浅！

5．参考文献

[1]吴湘淇，肖熙，郝晓莉.基于MULTISIM10电路设计与仿真[M].北京：

电子工业出版社，2006

[2]周耀华,汪凯仁,信号发生器毕业论文[J],上海：

复旦大学出版社,2007

[3]王强.电子设计自动化与印制电路板论文[J].吉林:

电子工业出版社，2007.4：

30—52