超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器.

1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器院（系）： 電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： *班 僅供參考，切勿照抄學(xué) 號(hào)： 120* 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間： 2014.6.30-2014.7.11本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室： 電子信息工程學(xué) 號(hào)120*學(xué)生姓名知名不具專業(yè)班級(jí)*班課程設(shè)計(jì)（論文）題目超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器。（2）線性失真度不大于0.5

2、%。（3）最低頻率1HZ。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開(kāi)思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4 .組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。進(jìn)度計(jì)劃第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：選擇器件進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)；第5天：

3、單元電路設(shè)計(jì)及仿真；第6天：整體電路設(shè)計(jì)并仿真；第7天：電路焊接制板；第8天：焊接調(diào)試；第9天：完善設(shè)計(jì)；第10天：答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日自己動(dòng)手，豐衣足食注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要信號(hào)發(fā)生器信號(hào)源輸出各種電子信號(hào)儀器主要用調(diào)試、測(cè)試電子電路、電子設(shè)備參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器主要輸出高精度、高質(zhì)量正弦信號(hào)尤其輸出信噪比高微弱信號(hào)；函數(shù)發(fā)生器輸出各種常用波形正弦波、鋸齒波、方波等精度標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器；脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出各種標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形；智能化頻率合成器輸出任意波形。正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒(méi)有信

4、號(hào)輸入，但有信號(hào)輸出的正反饋放大電路。本設(shè)計(jì)采用正弦波振蕩電路配合RC選頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生并輸出穩(wěn)定的超低頻可調(diào)正弦波信號(hào)。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻或者電容就可以改變輸出頻率，使其可以滿足對(duì)頻率有不同要求的電路，可大大應(yīng)用于實(shí)際生活中，經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本設(shè)計(jì)輸出頻率在1300赫茲之間可連續(xù)可調(diào)，輸出采用可調(diào)電阻分級(jí)衰減輸出。輸出電壓在010V（±1V）之間可調(diào)。波形無(wú)明顯失真，系統(tǒng)整體性能良好。滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：超低頻; 可調(diào); 正弦波目 錄第1章 緒論11.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器概況11.2 本文研究?jī)?nèi)容2第2章 超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)32.1超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器總體設(shè)計(jì)方案32.2

5、 具體電路設(shè)計(jì)42.2.1 RC振蕩選頻電路設(shè)計(jì)42.2.2電壓放大電路設(shè)計(jì)52.2.3輸出及直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)62.3 元器件型號(hào)選擇72.4 EWB仿真、數(shù)據(jù)分析8第3章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)10元器件清單11V第1章 緒論1.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器概況信號(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。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。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。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，信號(hào)發(fā)生器是用于產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的儀器，它用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需

6、特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)。在測(cè)試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測(cè)定電路的一些電參量，如測(cè)量頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測(cè)量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。信號(hào)源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、矩形脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。正弦信號(hào)是使用最廣泛

7、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。正弦信號(hào)源又可以根據(jù)工作頻率范圍的不同劃分為若干種。正弦信號(hào)源在實(shí)驗(yàn)室和電子工程設(shè)計(jì)中有著十分重要的作用，而傳統(tǒng)的正弦信號(hào)源根據(jù)實(shí)際需要一般價(jià)格昂貴，低頻輸出時(shí)性能不好且不便于自動(dòng)調(diào)節(jié)，工程實(shí)用性較差，本設(shè)計(jì)以較低的成本制作超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器。現(xiàn)在利用集成技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)以及石英晶體可以準(zhǔn)確產(chǎn)生各種頻率的信號(hào)。1.2 本文研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器。（2）線性失真度不大于0.5%。（3）最低頻率1HZ。具體性能指標(biāo)： 非線性失真設(shè)計(jì)要求輸出波形十分接近正弦波，不能有明顯的波形

8、不符，失真度不能大于0.5。 頻率要求本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出超低頻正弦信號(hào)，經(jīng)查閱相關(guān)資料得知，超低頻信號(hào)范圍為30300赫茲，而本設(shè)計(jì)要求最低頻率為1赫茲。因而設(shè)計(jì)出信號(hào)頻率范圍是1300赫茲，并且在此范圍內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)。 輸出要求本設(shè)計(jì)預(yù)定輸出為010V可調(diào)電壓.。設(shè)計(jì)具體內(nèi)容首先對(duì)設(shè)計(jì)要求做進(jìn)一步分析，明確設(shè)計(jì)所達(dá)到的目的即產(chǎn)生超低頻可調(diào)正弦信號(hào)。預(yù)確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行方案可行性論證，進(jìn)行方案對(duì)比，確立最終設(shè)計(jì)方案。構(gòu)建整體設(shè)計(jì)思路，并作出方案框圖。結(jié)合實(shí)際電子元器件進(jìn)行再次方案修正。對(duì)整體電路進(jìn)行拆分，分成相對(duì)獨(dú)立的單元電路，振蕩信號(hào)產(chǎn)生電路，電壓放大電路，輸出衰減電路，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行局部單元

9、電路設(shè)計(jì)，分別對(duì)其進(jìn)行實(shí)際計(jì)算和實(shí)驗(yàn)仿真，明確單元電路性能指標(biāo)。整體電路組裝調(diào)試，multisim仿真實(shí)測(cè)。在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)物電路焊接，完成設(shè)計(jì)報(bào)告。第2章 電路設(shè)計(jì)2.1 超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器總體設(shè)計(jì)方案方案一 設(shè)計(jì)采用三點(diǎn)式LC振蕩電路，電路由晶體管，電阻，電容以及高頻扼流圈組成，直流電源接高頻扼流圈再接晶體管集電極是為了避免電源對(duì)振蕩回路的高頻信號(hào)短路，在小功率電路設(shè)計(jì)中可用電阻代替。三點(diǎn)式振蕩電路由于反饋電壓取自電感上，而電感對(duì)高次諧波阻抗大，故引起振蕩回路輸出諧波分量增大，輸出波形不理想，三點(diǎn)式電路連接復(fù)雜，需要高頻扼流圈并且輸出頻率也比較大。方案二本設(shè)計(jì)采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

10、進(jìn)行選頻，利用A741運(yùn)算放大器以及負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)組成振蕩信號(hào)產(chǎn)生電路。 電壓放大電路RC振蕩電路路輸出直流穩(wěn)壓電源選頻網(wǎng)絡(luò)圖2.1 整體電路框圖振蕩產(chǎn)生電路可以產(chǎn)生包含多種頻率的正弦信號(hào)，選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)由振蕩電路產(chǎn)生的高帶寬的頻率進(jìn)行選擇，選頻后經(jīng)過(guò)電壓放大電路進(jìn)行二級(jí)放大信號(hào)，最后輸出穩(wěn)定的而且可以帶負(fù)載的可調(diào)正弦波。直流穩(wěn)壓電源為±12V，對(duì)需要直流偏置的電器元件進(jìn)行供電。此方案電路簡(jiǎn)潔，無(wú)需復(fù)雜電路元件，可控性也比較理想。綜上對(duì)比，在經(jīng)濟(jì)以及電路簡(jiǎn)單安全性方面考慮，選擇方案二作為本設(shè)計(jì)的最終設(shè)計(jì)方案，具體設(shè)計(jì)如下2.2 具體電路設(shè)計(jì)2.2.1 RC振蕩選頻電路設(shè)計(jì)RC振蕩選頻網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)

11、放（A741）構(gòu)成的基本放大電路，選頻網(wǎng)絡(luò)，以及反饋網(wǎng)絡(luò)組成。其電路圖2.2如下圖2.2 RC振蕩選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦交流信號(hào)，它是一種能將直流電源能量自行轉(zhuǎn)換為交流振蕩能量的電路。在某些電路中，輸入端不外接信號(hào)而其輸出端仍有一定頻率和幅度的信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩。所以在這種電路中，自激振蕩正是所需要的。因此為了使振蕩器在接通電源后能自行起振,要求電路開(kāi)始工作時(shí)環(huán)路增益必須滿足下面的起振條件AF>1,在振蕩建立的過(guò)程中，隨著振幅不斷增大，電路中的非線性元器件特性的限制，使得AF值逐漸下降，最后達(dá)到AF=1，即進(jìn)入穩(wěn)定的振蕩過(guò)程。圖中，R2，R3構(gòu)成反饋

12、網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)滿足R22R3時(shí)，電路即可振蕩起來(lái)。R4,R5和C1,C2構(gòu)成選頻電橋，并且R4=R5，C1=C2，此時(shí)即可以選擇特定頻率輸出。選擇不同的阻值電阻和不同容量的電容可以改變不同的輸出頻率，在電阻R2兩端并聯(lián)的一對(duì)穩(wěn)壓二極管D1,D2.。由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，使R2兩端導(dǎo)通電壓保持不變，這樣就可以穩(wěn)定輸出電壓。其頻率特性為：f0=12RC并且FVmax=13f=0反饋電路電壓增益為Av=R2R3+1 剛剛起振時(shí)確保Av大于3，振蕩穩(wěn)定后約為3。2.2.2 電壓放大電路設(shè)計(jì)由于產(chǎn)生的正弦波幅度已經(jīng)較大，所以不再采用晶體管放大電路，用同相運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，其設(shè)計(jì)電路圖如下圖2.3所示。圖

13、2.3 電壓放大電路前級(jí)信號(hào)由R12輸入運(yùn)算放大器3引腳，經(jīng)負(fù)反饋放大，其電壓增益為Av=R10R11+1=35.1+1=1.6。A741運(yùn)放7,4引腳用±15直流電源進(jìn)行供電。使其確保輸出電壓波形不失真。電壓放大后由運(yùn)放6引腳輸出。2.2.3 輸出及直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求輸出電壓可調(diào)，因而輸出要接可調(diào)分壓電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)?？删唧w用下圖2.4來(lái)表示。圖2.4 輸出級(jí)VO1VO2上圖2.4利用電阻和電位器分壓式衰減將輸出分為兩個(gè)量程vO1和 vO2。，根據(jù)不同的電壓需要范圍選擇合適的量程。量程分別為03V，310V，并且可連續(xù)調(diào)節(jié)。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)如下圖2.5所示。圖2.5

14、直流穩(wěn)壓電壓利用LM7815和LM7915設(shè)計(jì)±15V直流穩(wěn)壓電源，可穩(wěn)定輸出±15V電壓。此單元電路將兩個(gè)電路合并為一個(gè)電路設(shè)計(jì)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，節(jié)省了器件。超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器整體電路圖設(shè)計(jì)如下圖2.6所示圖2.6 超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器整體圖2.3 元器件型號(hào)選擇1. 運(yùn)算放大器選擇A741。主要技術(shù)參數(shù)為：輸入失調(diào)電壓：U1.0Mv 輸入失調(diào)電流：I20nA輸入基極電流：IIB80nA 最大輸出電壓幅度：UOPP=±14V電源電壓：±15V其接線圖下圖2.7所示圖2.7 A741接線圖其集成引腳圖如圖2.8所示圖2.8 集成運(yùn)放引腳圖2.

15、 二極管選用1N4001型穩(wěn)壓二極管。其反向峰值電壓為50V，耐壓能力比較大。最大正想導(dǎo)通壓降為1.1V，具有很好的穩(wěn)幅作用。故選用其作為穩(wěn)壓二極管。3. 電阻，電容其他電子元器元件根據(jù)實(shí)際電路，選頻，放大需要調(diào)節(jié)適合的大小。4. 設(shè)計(jì)選頻網(wǎng)絡(luò)采用改變電阻方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率，調(diào)節(jié)滑線變阻器來(lái)改變電路的電阻比較容易，而且可連續(xù)調(diào)節(jié)，連續(xù)調(diào)節(jié)電容容量不容易實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)電位器用雙聯(lián)同軸電位器，可使電阻同時(shí)變化。2.4 EWB仿真、數(shù)據(jù)分析按照?qǐng)D中所標(biāo)示的數(shù)據(jù)計(jì)算得出由振蕩電路輸出電壓為±7.8V正弦信號(hào)，經(jīng)一級(jí)電壓放大，放大倍數(shù)為Av=R10R11+1。計(jì)算得出由運(yùn)算放大器輸出電壓大小為&#

16、177;12V正弦電壓，仿真圖如下圖2.9所示。圖2.9 振蕩電路產(chǎn)生信號(hào)波形上圖2.9中可以看出電路可以起振，并且起振良好，波形完整。經(jīng)測(cè)量，輸出電壓峰值為7.8V，頻率調(diào)節(jié)良好，調(diào)節(jié)雙聯(lián)同軸電位器可以使頻率由1HZ連續(xù)變化到380HZ。滿足超低頻要求。將振蕩產(chǎn)生的正弦波信號(hào)輸入電壓放大器的3號(hào)引腳進(jìn)行電壓二級(jí)放大，經(jīng)過(guò)負(fù)反饋放大，增益為Av=R10R11+1=35.1+1=1.6，得到輸出電壓峰值為12.3V，不超過(guò)運(yùn)放直流電壓，沒(méi)有失真。波形完整，信號(hào)穩(wěn)定。經(jīng)運(yùn)算放大器放大后的信號(hào)仿真數(shù)據(jù)如下圖2.10所示圖2.10 運(yùn)放放大后波形圖本設(shè)計(jì)按照要求輸出電壓，頻率均可變化，以滿足不同的實(shí)際

17、需求。經(jīng)嚴(yán)格設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)頻率可調(diào)范圍為1300HZ（±10%）。電壓輸出為010V可調(diào)。其中，頻率有兩個(gè)檔，調(diào)節(jié)電容大小即可改變。電壓有兩個(gè)檔，選擇不同電位器，調(diào)節(jié)電位器即可得到不同輸出。分別如下輸出頻率調(diào)節(jié)如下表1.5檔輸出頻率124HZ0.1f檔輸出頻率24300HZ輸出頻率調(diào)節(jié)輸出電壓調(diào)節(jié)如下表選擇并調(diào)節(jié)R16檔輸出電壓310V選擇并調(diào)節(jié)R17檔輸出電壓03V輸出電壓調(diào)節(jié)第3章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)按照要求設(shè)計(jì)出超低頻可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器。按照選擇的方案，采用RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選，得到符合要求的輸出頻率。經(jīng)過(guò)電壓放大，輸出波形有了明顯的提高，最終輸出電壓峰值在12.3V左右，經(jīng)過(guò)衰減，可有兩個(gè)檔輸出，分別為03V檔和312V檔。頻率選擇檔有兩個(gè)分別為0.1f和1.5f檔。輸出頻率檔為124HZ和24300HZ。在每個(gè)檔位下，調(diào)節(jié)雙聯(lián)同軸電位器可使輸出頻率在本范圍內(nèi)連續(xù)變化。本設(shè)計(jì)根據(jù)課堂老師所講的電子技術(shù)以及課外查找資料所設(shè)計(jì)，所涉及的知識(shí)大部分來(lái)源于模電書(shū)本。包括振蕩產(chǎn)生電路，選頻網(wǎng)絡(luò)，電壓放大電路，以及直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)仿真測(cè)試。滿足設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)1 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.第五版.北京：高等教育出版社,2005.2 王景利主編.模擬電子技術(shù)基本學(xué)習(xí)指導(dǎo)：東北大學(xué)出版社，200