多功能信號發(fā)生器課程設(shè)計

課題：多功能信號發(fā)生器專業(yè)：電子信息工程班級：1班學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：汪鑫設(shè)計日期：成績：重慶大學(xué)城市科技學(xué)院電氣學(xué)院多功能信號發(fā)生器設(shè)計報告一、設(shè)計目的作用1.掌握簡易信號發(fā)生器的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。2.能熟練使用multisim10電路仿真軟件對電路進行設(shè)計仿真調(diào)試。3.加深對模擬電子技術(shù)相關(guān)知識的理解及應(yīng)用。二、設(shè)計要求1.設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個能夠輸出正弦波、方波、三角波三種波形的信號發(fā)生器，性能要求如下：輸出頻率，f=20Hz-5kHz連續(xù)可調(diào)的正弦波、方波、三角波；輸出正弦波幅度V=0-5V可調(diào)，波形的非線性失真系數(shù)<=5%；輸出三角波幅度V=0-5V可調(diào)。輸出方波幅度可在V=0-12V之間可調(diào)。2.設(shè)計要求設(shè)計電路，計算電路元件參數(shù)，擬定測試方案和步驟；測量技術(shù)指標(biāo)參數(shù)；寫出設(shè)計報告。三、設(shè)計的具體實現(xiàn)1、系統(tǒng)概述1.1正弦波發(fā)生電路的工作原理:產(chǎn)生正弦振蕩的條件:正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反應(yīng)，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的根本結(jié)構(gòu)是：引入正反應(yīng)的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中：接入正反應(yīng)是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路；反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路個局部。正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出值，實現(xiàn)自由控制。選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)：引入正反應(yīng)，使放大電路的輸入信號等于其反應(yīng)信號。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。判斷電路是否振蕩。方法是：〔1〕是否滿足相位條件，即電路是否是正反應(yīng)，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩。〔2〕放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否適宜；〔3〕是否滿足幅度條件。正弦波振蕩電路檢驗，假設(shè)：(1)那么不可能振蕩；(2)振蕩，但輸出波形明顯失真；(3)產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。它的電路圖如下所示：它的起振條件為：。它的振蕩頻率為：它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為：。石英振蕩器的特點是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場合。

RC正弦振蕩電路1.2正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理:在單限比擬器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比擬器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比擬器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。從反向輸入端輸人的滯回比擬器電路如圖a所示，滯回比擬器電路中引人了正反應(yīng)。從集成運放輸出端的限幅電路可以看出，UO＝±UZ。集成運放反相輸人端電位UP＝UI同相輸入端電位令UN=UP求出的UI就是閥值電壓，因此得出輸出電壓在輸人電壓u，等于閥值電壓時是如何變化的呢？假設(shè)UI<-UT，那么UN一定小于up，因而UO＝+UZ，所以UP=+UYO。只有當(dāng)輸人電壓UI增大到+UT，再增大一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從+UT躍變?yōu)?UT。同理，假設(shè)UI>+UT，那么UN一定大于UP，因而UO＝-UZ，所以UP＝-UT。只有當(dāng)輸人電壓UI減小到-UT，再減小一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從-UT躍變?yōu)?UT?？梢?，UO從+UT躍變?yōu)?UT和從-UT躍變?yōu)?UT的閥值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖b)所不。從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UT＜UI＜+UT時，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果UI是從小于-UT，的值逐漸增大到-UT<UI<+UT，那么UO應(yīng)為+UT；如果UI從大于+UT的值逐漸減小到-UT<UI<+UT，那么應(yīng)為-UT。曲線具有方向性，如圖b)所示。實際上，由于集成運放的開環(huán)差模增益不是無窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時，輸出電壓UO才為±UZ。UO在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過程中，隨著UI的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一定的時間。滯回比擬器中引人了正反應(yīng)，加快了UO的轉(zhuǎn)換速度。例如，當(dāng)UO＝+UZ、UP=+UT時，只要UI略大于+UT足以引起UO的下降，即會產(chǎn)生如下的正反應(yīng)過程：UO的下降導(dǎo)致UP下降，而UP的下降又使得UO進一步下降，反應(yīng)的結(jié)果使UO迅速變?yōu)椋璘T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。本電路中該電路的作用是將正弦信號轉(zhuǎn)變成方波信號，其傳輸特性曲線如下列圖所示：正弦波傳輸特性1.3方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理：當(dāng)輸入信號為方波時，其輸出信號為三角波，電路波形圖如下：2、單元電路設(shè)計與分析2.1正弦波發(fā)生電路的設(shè)計本電路中采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其電路圖如下所示RC橋式正弦振蕩電路該電路Rf回路串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如上圖所示串聯(lián)了兩個并聯(lián)的1BH62，這樣利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小、電流減小時動態(tài)電阻增大的特點，參加非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。此時輸出電壓系數(shù)為Au=1+(Rf+rd)/R1RC振蕩的頻率為：f0=1/(2∏RC)該電路中，C=1uFf0=1/(2*3.14*R*10-6)≈20Hz——〉R=8000歐f0=1/(2*3.14*R*10-6)≈5000Hz——〉R=30歐≈0所以可變電阻的范圍是0-8k歐。用Multisim10.0對電路進行仿真得到下列圖仿真波形從圖中可得出產(chǎn)生的正弦波U=3.9V;T=1.9×4≈7.6ms.F0=1/T=131Hz.仿真得出的數(shù)據(jù)在理論值范圍之內(nèi)，電路正確。2.2正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計本電路中采用滯回電壓比擬器將正弦波轉(zhuǎn)成方波，其電路原理如下列圖所示滯回電壓比擬器電路原理圖滯回電壓比擬器原理前面有描述，此處不贅述。本電路中用到的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓電壓為24V電路中閾值電壓為：UT1=UREF-UZUT2=UREF+UZ本電路中UREF=0，所以UT1=-UZUT2=UZ用Multisim10.0對其進行仿真得到如下波形圖波形仿真：從波形中可以得到方波電壓為±12.7V,與理論誤差不大，可得出電路是正確的。2.3方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計本電路中方波轉(zhuǎn)成三角波采用積分電路，其電路原理如下列圖所示積分電路圖積分電路U0=-+u0(t1)電路仿真如下列圖所示電仿真中三角波,Umax=5.4V2.4仿真電路該電路分為三局部，第一局部為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是利用RC振蕩產(chǎn)生特定頻率的正弦波；第二局部為電壓比擬器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三局部為積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波；在正弦波產(chǎn)生電路中f=1/(2∏RC),改變RC的值可以改變電路的信號頻率，在電壓比擬器中，改變參考電壓UREF的值可以改變方波的比例?？偨Y(jié)這次課程設(shè)計是我受益匪淺，終生受益。讓我學(xué)到了很多知識以及技能。感謝老師感謝學(xué)校。當(dāng)拿到課程設(shè)計題目時感覺很茫然，不知道從何入手，只有一張設(shè)計要求、沒有工具、沒有資料、沒有材料，如何能完成設(shè)計要求呢！后來經(jīng)過本人上網(wǎng)查資料了解到電路設(shè)計好了之后可以使用Multisim10對其進行仿真，無需將電路事物圖做出來。用Multisim10對電路進行仿真真的很方便，而且平安，還便于對電路進行修改。本次設(shè)計中采用電路模塊化理念，將本來非常復(fù)雜的電路分解成一個個簡單的單元電路，